JP2020141412A - Image pickup device and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。 The present invention relates to an image sensor and an image pickup device.
グローバルシャッタ方式の撮像素子が知られている(例えば、特許文献1)。従来技術
には、フォトダイオードで生じた電荷を有効利用できていないという問題があった。
A global shutter type image sensor is known (for example, Patent Document 1). The conventional technique has a problem that the electric charge generated by the photodiode cannot be effectively used.
請求項1に記載の撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前
記光電変換部に接続された第1および第2読出部とを有する画素を複数備え、前記第1読
出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第1電荷電圧変換部と、前
記第1電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、前記第2
読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第2電荷電圧変換部と、
前記第2電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する。
請求項7に記載の撮像装置は、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像
素子と、前記第1出力部から出力された出力信号に基づき第1表示画像を作成すると共に
、前記第2出力部から出力された出力信号に基づき第2表示画像を作成する画像作成部と
、前記第1表示画像と前記第2表示画像とを交互に表示する画像表示部と、を備える。
請求項8に記載の撮像装置は、請求項2から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像
素子と、前記撮像素子への入射光を遮らない開放状態と、前記撮像素子への入射光を遮る
遮光状態とを切替可能なシャッター装置を備え、前記第1読出部は、前記シャッター装置
が前記開放状態である第1期間に前記光電変換部で生成された電荷を、前記第1電荷保持
部に転送し、その後、当該電荷に対応する出力信号を前記第1出力部から出力し、前記第
2読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間とは重複しない第2
期間に前記光電変換部で生成された電荷を、第2電荷保持部に転送し、その後、当該電荷
に対応する出力信号を前記第2出力部から出力し、前記シャッター装置は、前記シャッタ
ー装置が前記開放状態であり前記第1期間および前記第2期間より後の第3期間に前記光
電変換部で生成された電荷を、前記遮光状態に切り替えて前記光電変換部に保持し、前記
第1読出部は、前記シャッター装置が前記遮光状態になることで前記光電変換部に保持さ
れた電荷を、前記第1期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく出力信号を前記第
1出力部から出力し終わった後に前記第1電荷保持部に転送する。
請求項11に記載の撮像装置は、請求項2から請求項6までのいずれか一項に記載の撮
像素子と、被写体に所定の変調光を投影する投影部を備え、前記第1読出部は、前記光電
変換部が前記変調光の反射光の一部を光電変換して生成した電荷を前記第1電荷保持部に
転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第1出力部から出力し、前記第2読出部は、前
記光電変換部が前記変調光の反射光のうち、前記一部の残りを光電変換して生成した電荷
を前記第2電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第2出力部から出力し
、前記第1出力部から出力された出力信号と、前記第2出力部から出力された出力信号と
に基づき、前記被写体までの距離を算出する距離算出部を備える。
請求項12に記載の撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、
前記光電変換部に接続された第1および第2読出部とを有する画素を複数備え、前記第1
読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第1電荷保持部と、前記第1電
荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、前記第2読
出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第2電荷保持部と、前記第2電荷
保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する。
The imaging device according to
The reading unit includes a second charge-voltage conversion unit that converts the charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage, and a second charge-voltage conversion unit.
It has a second output unit that outputs an output signal corresponding to the voltage of the second charge-voltage conversion unit.
The image pickup apparatus according to claim 7 creates a first display image based on the image pickup element according to any one of
The image pickup apparatus according to claim 8 includes the image pickup device according to any one of
The electric charge generated by the photoelectric conversion unit during the period is transferred to the second charge holding unit, and then an output signal corresponding to the electric charge is output from the second output unit, and the shutter device is the shutter device. The electric charge generated by the photoelectric conversion unit in the open state and in the first period and the third period after the second period is switched to the light-shielding state and held in the photoelectric conversion unit, and the first reading is performed. The unit receives from the first output unit an output signal based on the electric charge held by the photoelectric conversion unit when the shutter device is in the light-shielding state and the electric charge generated by the photoelectric conversion unit during the first period. After the output is completed, the electric charge is transferred to the first charge holding unit.
The image pickup apparatus according to claim 11 includes the image pickup device according to any one of
The imaging device according to claim 12 includes a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate electric charges.
A plurality of pixels having a first and second reading unit connected to the photoelectric conversion unit are provided, and the first
The reading unit has a first charge holding unit that holds the electric charge transferred from the photoelectric conversion unit, and a first output unit that outputs an output signal corresponding to the electric charge held in the first charge holding unit. The second reading unit is a second charge holding unit that holds the electric charge transferred from the photoelectric conversion unit, and a second output unit that outputs an output signal corresponding to the electric charge held in the second charge holding unit. And have.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。撮像装
置100は、結像光学系110と、撮像素子120と、制御回路130と、メカニカルシ
ャッター140と、表示装置150と、記録媒体160とを有している。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
結像光学系110は、撮像素子120の撮像面に被写体像を結像させる。制御回路13
0は、撮像装置100の全体を制御する。メカニカルシャッター140は、いわゆるフォ
ーカルプレーンシャッターであり、撮像素子120の撮像面近傍に設けられている。表示
装置150は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置である。記録媒体160は、例えば
メモリカード等の可搬性の記録媒体である。
The imaging
0 controls the entire
図2は、撮像素子120の撮像面10を模式的に示す平面図である。撮像面10には、
複数の撮像画素20が二次元状に多数配列されている。撮像画素20は、それぞれ赤(R
)、緑(G)、青(B)のいずれかの色成分に対応している。例えば赤(R)の色成分に
対応する撮像画素20は、入射光のうち赤の色成分の光を光電変換した光電変換信号(撮
像信号)を出力する。これら3種類の撮像画素20は、いわゆるベイヤー配列を成してい
る。
FIG. 2 is a plan view schematically showing the
A large number of a plurality of
), Green (G), and blue (B). For example, the
制御回路130は、記録用画像を撮影する場合(いわゆる本撮影時)には、全ての撮像
画素から撮像信号を読み出す。これに対し、ライブビュー用画像を撮影する場合には、制
御回路130は、表示装置150の表示画素数に合わせて、撮像画素20の間引き読み出
しを行う。つまり、全ての撮像画素20から撮像信号を読み出すのではなく、表示装置1
50の表示画素数に合わせて、例えば3行おきの撮像画素20からのみ撮像信号を読み出
す(3行のうち1行のみを読み出し残りの2行は飛ばす)。
When the
According to the number of display pixels of 50, for example, the imaging signal is read only from the
次に、図3〜図5を参照して、撮像画素20の構成について詳述する。図3は、撮像画
素20の回路図である。撮像画素20は、光電変換部PDと、第1読出部21と、第2読
出部22と、リセットトランジスタRとを有する。
Next, the configuration of the
光電変換部PDは、フォトダイオードであり、入射光を光電変換して電荷を生成する。
撮像画素20には、不図示のマイクロレンズが設けられており、撮像画素20への入射光
はマイクロレンズによって光電変換部PDに集光される。光電変換部PDのカソード端子
には、第1読出部21と第2読出部22とが並列に接続されている。
The photoelectric conversion unit PD is a photodiode, which performs photoelectric conversion of incident light to generate an electric charge.
The
第1読出部21は、第1電荷保持部SG1と、第1転送トランジスタTX1と、第1電
荷電圧変換部FD1と、第1増幅トランジスタSF1と、第1出力トランジスタS1と、
第1出力部23とを有する。第1出力トランジスタS1と第1出力部23との間には、第
1定電流源25が接続されている。この第1定電流源25は、1列ごとに1つ存在し、1
つの列に存在する全行分の撮像画素20について並列に接続されている。
The
It has a
The
第1電荷保持部SG1は、N型のMOSFETである。詳細は後述するが、第1電荷保
持部SG1は、光電変換部PDで生成された電荷を一時的に保持できるよう、大きな容量
を有している。第1転送トランジスタTX1は、N型のMOSFETであり、第1電荷保
持部SG1に保持されている電荷を、第1電荷電圧変換部FD1に転送する機能を有する
。
The first charge holding unit SG1 is an N-type MOSFET. Although the details will be described later, the first charge holding unit SG1 has a large capacity so that the charge generated by the photoelectric conversion unit PD can be temporarily held. The first transfer transistor TX1 is an N-type MOSFET, and has a function of transferring the charge held in the first charge holding unit SG1 to the first charge-voltage conversion unit FD1.
第1電荷電圧変換部FD1は、いわゆるフローティングディフュージョンであり、第1
転送トランジスタTX1によって第1電荷保持部SG1から転送された電荷を一時的に保
持することで、第1電荷保持部SG1に保持されていた電荷量に応じた電位をとる。つま
り、第1電荷保持部SG1に保持されていた電荷を、電圧に変換する。第1増幅トランジ
スタSF1は、N型のMOSFETであり、第1電荷電圧変換部FD1に保持されている
電荷量(第1電荷電圧変換部FD1の電位)に応じた出力信号を第1出力トランジスタS
1に出力する。第1出力トランジスタS1は、N型のMOSFETであり、第1増幅トラ
ンジスタSF1から出力された出力信号を第1出力部23に出力する。つまり第1出力部
23には、第1電荷電圧変換部FD1に保持されている電荷量に応じた出力信号が出力さ
れる。
The first charge-voltage conversion unit FD1 is a so-called floating diffusion, and is the first.
By temporarily holding the charge transferred from the first charge holding unit SG1 by the transfer transistor TX1, a potential corresponding to the amount of charge held in the first charge holding unit SG1 is taken. That is, the charge held in the first charge holding unit SG1 is converted into a voltage. The first amplification transistor SF1 is an N-type MOSFET, and outputs a signal corresponding to the amount of charge held in the first charge-voltage conversion unit FD1 (potential of the first charge-voltage conversion unit FD1).
Output to 1. The first output transistor S1 is an N-type MOSFET, and outputs an output signal output from the first amplification transistor SF1 to the
第1電荷保持部SG1のドレイン端子は、光電変換部PDのカソード端子に接続されて
いる。第1電荷保持部SG1のソース端子は、第1転送トランジスタTX1のドレイン端
子に接続されている。第1転送トランジスタTX1のソース端子は、リセットトランジス
タRのソース端子と、第1増幅トランジスタSF1のゲート端子と、第1電荷電圧変換部
FD1に接続されている。リセットトランジスタRのドレイン端子と、第1増幅トランジ
スタSF1のドレイン端子は、電源VDDに接続されている。第1増幅トランジスタSF
1のソース端子は、第1出力トランジスタS1のドレイン端子に接続されている。第1出
力トランジスタS1のソース端子は、第1定電流源25の出力端子と、第1出力部23に
接続されている。残りの端子、すなわち第1電荷保持部SG1のゲート端子と、第1転送
トランジスタTX1のゲート端子と、第1出力トランジスタS1のゲート端子は、それぞ
れ不図示の走査回路に接続され、不図示の走査回路により制御される。
The drain terminal of the first charge holding unit SG1 is connected to the cathode terminal of the photoelectric conversion unit PD. The source terminal of the first charge holding unit SG1 is connected to the drain terminal of the first transfer transistor TX1. The source terminal of the first transfer transistor TX1 is connected to the source terminal of the reset transistor R, the gate terminal of the first amplification transistor SF1, and the first charge-voltage conversion unit FD1. The drain terminal of the reset transistor R and the drain terminal of the first amplification transistor SF1 are connected to the power supply VDD. First amplification transistor SF
The source terminal of 1 is connected to the drain terminal of the first output transistor S1. The source terminal of the first output transistor S1 is connected to the output terminal of the first constant
なお、以下の説明では、本来は撮像素子120内の走査回路により行われる制御動作を
、便宜上、制御回路130により行われるものとして説明している。以下の説明において
制御回路130により行われるものとして説明される種々の動作は、撮像素子120内の
回路(例えば不図示の走査回路)によって行うようにしてもよいし、撮像素子120外の
回路(例えば制御回路130やそれ以外の回路)によって行うようにしてもよい。
In the following description, the control operation originally performed by the scanning circuit in the
第2読出部22は、第2電荷保持部SG2と、第2転送トランジスタTX2と、第2電
荷電圧変換部FD2と、第2増幅トランジスタSF2と、第2出力トランジスタS2と、
第2出力部24とを有する。第2出力トランジスタS2と第2出力部24との間には、第
2定電流源26が接続されている。この第2定電流源26は、1列につき1つ存在し、1
つの列に存在する全行分の撮像画素20について並列に接続されている。これらの各部は
、第1読出部21と同一であるため説明を省略する。リセットトランジスタRは、N型の
MOSFETであり、光電変換部PD、第1電荷保持部SG1、第2電荷保持部SG2、
第1電荷電圧変換部FD1、第2電荷電圧変換部FD2をリセットする機能を有する。
The
It has a
The
It has a function of resetting the first charge-voltage conversion unit FD1 and the second charge-voltage conversion unit FD2.
図4は、撮像面10上の撮像画素20を拡大した模式図である。光電変換部PDは、撮
像画素20の右上隅に配置されており、生成した電荷を一定程度保持できるよう、撮像画
素20全体に対して比較的大きな面積を占めている。第1読出部21と、第2読出部22
は、それぞれ光電変換部PDの下側および左側に配置される。
FIG. 4 is an enlarged schematic view of the
Are arranged on the lower side and the left side of the photoelectric conversion unit PD, respectively.
第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、それぞれ光電変換部PDの下端
および左端に隣接して配置される。第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は
、光電変換部PDにおいて生成された電荷を保持できるよう、比較的大きな静電容量(例
えば、光電変換部PDよりも大きな静電容量)を持たせる必要がある。そのため、第1電
荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、光電変換部PDに近い面積を有している
。なお、第1電荷電圧変換部FD1および第2電荷電圧変換部FD2は、第1電荷保持部
SG1および第2電荷保持部SG2よりも更に大きな静電容量を有している。
The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 are arranged adjacent to the lower end and the left end of the photoelectric conversion unit PD, respectively. The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 have a relatively large capacitance (for example, a larger capacitance than the photoelectric conversion unit PD) so as to hold the charge generated in the photoelectric conversion unit PD. You need to have it. Therefore, the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 have an area close to that of the photoelectric conversion unit PD. The first charge-voltage conversion unit FD1 and the second charge-voltage conversion unit FD2 have a larger capacitance than the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2.
撮像画素20全体のうち、残りの約4分の1程度の面積の領域に、残りの部分、すなわ
ち、第1転送トランジスタTX1、第2転送トランジスタTX2、第1電荷電圧変換部F
D1、第2電荷電圧変換部FD2、第1増幅トランジスタSF1、第2増幅トランジスタ
SF2、第1出力トランジスタS1、第2出力トランジスタS2、リセットトランジスタ
Rが配置される。
In the remaining area of about a quarter of the
D1, a second charge-voltage conversion unit FD2, a first amplification transistor SF1, a second amplification transistor SF2, a first output transistor S1, a second output transistor S2, and a reset transistor R are arranged.
図5(a)は、図3のA−A’断面を模式的に示す図であり、図5(b)はそのポテン
シャル図である。図5(a)に示すように、光電変換部PDは、受光面側(絶縁膜30側
)のp+型領域31と、基板側のn型領域32とにより構成されている。
FIG. 5A is a diagram schematically showing a cross section taken along the line AA'of FIG. 3, and FIG. 5B is a potential diagram thereof. As shown in FIG. 5A, the photoelectric conversion unit PD is composed of a p +
第1電荷保持部SG1は、絶縁膜30上に形成されたゲート33と、絶縁膜30下に形
成されたn−型領域34およびn型領域35とにより構成されている。第1電荷保持部S
G1の面積の大部分にはn型領域35が形成されており、n−型領域34は、光電変換部
PDと隣接する一部のみに形成されている。なお、図5(a)では省略しているが、ゲー
ト33の表面を金属等によって形成された遮光層で覆い、光漏れを防止することが望まし
い。
The first charge holding portion SG1 is composed of a
An n-type region 35 is formed in most of the area of G1, and the n-type region 34 is formed only in a part adjacent to the photoelectric conversion unit PD. Although omitted in FIG. 5A, it is desirable to cover the surface of the
第1転送トランジスタTX1は、絶縁膜30上に形成されたゲート36と、絶縁膜30
下に形成されたn型領域37とにより構成されている。第1電荷保持部SG1と第1転送
トランジスタTX1との間にはn−型領域38が形成されている。第1転送トランジスタ
TX1に隣接する第1電荷電圧変換部FD1は、絶縁膜30下に形成されたn+型領域3
9により構成される。その隣にはリセットトランジスタRとして機能するゲート40があ
る。ゲート40、すなわちリセットトランジスタRのゲート端子に所定レベル以上の電圧
が印加されると、第1電荷電圧変換部FD1であるn+型領域39から、ゲート40の反
対側に形成されているn+型領域41に電流が流れる。
The first transfer transistor TX1 includes a
It is composed of an n-type region 37 formed below. An n-type region 38 is formed between the first charge holding unit SG1 and the first transfer transistor TX1. The first charge-voltage conversion unit FD1 adjacent to the first transfer transistor TX1 is an n + type region 3 formed under the insulating
It is composed of 9. Next to it is a
次に、図5(b)のポテンシャル図を用いて、これら各部の動作について説明する。な
お、図5(b)のポテンシャル図では、紙面下側ほど電位が高くなっている。
Next, the operation of each of these parts will be described with reference to the potential diagram of FIG. 5 (b). In the potential diagram of FIG. 5B, the potential becomes higher toward the lower side of the paper surface.
第1電荷保持部SG1のゲート33には、所定のハイ(H)レベルの電圧か、所定のロ
ー(L)レベルの電圧が印加される。第1電荷保持部SG1のゲート33にLレベルの電
圧が印加されている場合、第1電荷保持部SG1のn−型領域34の電位は、光電変換部
PDのn型領域32の電位よりも低いため、光電変換部PDにおいて生成された電荷は、
光電変換部PDのn型領域32に蓄積される。第1電荷保持部SG1のゲート33にHレ
ベルの電圧が印加されると、第1電荷保持部SG1のn−型領域34およびn型領域35
の電位は光電変換部PDのn型領域32の電位よりも高くなるので、光電変換部PDのn
型領域32に蓄積されていた電荷は、第1電荷保持部SG1のn型領域35に転送される
。
A predetermined high (H) level voltage or a predetermined low (L) level voltage is applied to the
It is accumulated in the n-
Since the potential of is higher than the potential of the n-
The charge accumulated in the
第1転送トランジスタTX1のゲート36にLレベルの電圧が印加されている場合、第
1電荷保持部SG1のn型領域35の電位は、第1転送トランジスタTX1のn型領域3
7の電位よりも高くなるので、第1電荷保持部SG1のn型領域35に転送された電荷は
、第1電荷保持部SG1のn型領域35に保持される。
When an L-level voltage is applied to the
Since the potential is higher than the potential of 7, the charge transferred to the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1 is held in the n-type region 35 of the first charge holding unit SG1.
第1電荷保持部SG1のゲート33にLレベルの電圧が印加されているときに、第1転
送トランジスタTX1のゲート36にHレベルの電圧が印加されると、第1転送トランジ
スタTX1のn型領域37の電位は、第1電荷保持部SG1のn型領域35の電位よりも
高くなる。これにより、第1電荷保持部SG1のn型領域35に保持されていた電荷は、
第1電荷電圧変換部FD1に転送される。第1電荷電圧変換部FD1の電位は、転送され
た電荷量に応じて決定される。このとき、第1出力トランジスタS1のゲートにHレベル
の電圧を印加すると、第1出力部23には、第1電荷電圧変換部FD1が保持している電
荷量(第1電荷電圧変換部FD1の電位)に応じた大きさの出力信号が現れる。
When an L level voltage is applied to the
It is transferred to the first charge-voltage conversion unit FD1. The potential of the first charge-voltage conversion unit FD1 is determined according to the amount of transferred charge. At this time, when an H-level voltage is applied to the gate of the first output transistor S1, the amount of charge held by the first charge-voltage conversion unit FD1 (the first charge-voltage conversion unit FD1) is applied to the
以上のように構成された撮像画素20は、光電変換部PDにより生成された電荷を一時
的に保持する、第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを有している。従って、
いわゆるグローバルシャッタ動作を行う際に、3枚分の撮影画像に相当する電荷を同時に
保持することが可能である。ここでグローバルシャッタ動作とは、光電変換部PDによる
電荷の生成開始(すなわちシャッタ開動作)と、電荷の生成終了(すなわちシャッタ閉動
作)との両方を、全ての撮像画素20において同時に行う動作を指す。
The
When performing the so-called global shutter operation, it is possible to simultaneously hold charges corresponding to three captured images. Here, the global shutter operation is an operation in which all the
以下、3枚分の撮影画像に相当する電荷を同時に保持する方法について具体的に説明す
る。なお、以下ではメカニカルシャッター140を構成に含めずに説明する。まず、1回
目のグローバルシャッタ動作の完了時、全ての撮像画素20において、光電変換部PDに
蓄積されている電荷を第1電荷保持部SG1に転送する。以下の説明では、この動作をグ
ローバル転送と称する。次に、全ての撮像画素20の第1電荷保持部SG1から出力信号
を読み出し終わる前に、更に2回目のグローバルシャッタ動作を行う。2回目のグローバ
ルシャッタ動作において光電変換部PDで生成された電荷は、グローバル転送により第2
電荷保持部SG2に転送する。その後、全ての撮像画素20の第1電荷保持部SG1およ
び第2電荷保持部SG2から出力信号を読み出し終わる前、すなわち、第1電荷保持部S
G1と第2電荷保持部SG2が共に転送された電荷を保持している間に、更に3回目のグ
ローバルシャッタ動作を行う。この3回目のグローバルシャッタ動作により光電変換部P
Dが生成した電荷は、光電変換部PDに保持することができる。以上のように、撮像画素
20は、3枚分の撮影画像に相当する電荷を、それぞれ、第1電荷保持部SG1と、第2
電荷保持部SG2と、光電変換部PDの3カ所に同時に保持することが可能である。
Hereinafter, a method of simultaneously holding charges corresponding to three captured images will be specifically described. In the following, the
Transfer to the charge holding unit SG2. After that, before the output signals are read from the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 of all the
While both G1 and the second charge holding unit SG2 hold the transferred charge, a third global shutter operation is further performed. By this third global shutter operation, the photoelectric conversion unit P
The electric charge generated by D can be retained in the photoelectric conversion unit PD. As described above, the
It is possible to simultaneously hold the charge at three locations, the charge holding unit SG2 and the photoelectric conversion unit PD.
次に、撮像装置100のライブビュー機能について説明する。図6は、ライブビュー動
作のタイミングチャートである。なお、以下に説明するライブビュー動作において、「ラ
イブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20」とは、間引き読み出しの対象と
なる撮像画素20を意味する。つまり、間引き読み出しを行う場合、ライブビュー画像に
関与しない撮像画素20が存在することになるが、そのような撮像画素20は以下の処理
から除外されている。
Next, the live view function of the
制御回路130は、まず時刻t1に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像
画素20において、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを
同時にリセットする(シャッタ開動作に相当)。制御回路130は、その後の時刻t2に
、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDの
電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する(シャッタ閉動作、兼、グローバル転送、
兼、次の撮像におけるシャッタ開動作に相当)。
The
Also, it corresponds to the shutter opening operation in the next imaging).
ここで転送される電荷は、時刻t1から時刻t2までの期間に光電変換部PDが光電変
換により生成したものである。つまり、時刻t1から時刻t2までの期間を露光時間とし
た撮像信号に相当する。換言すると、以上の動作は、時刻t1にシャッタ開を行い、時刻
t2にシャッタ閉を行ったグローバルシャッタ動作に相当する。
The charge transferred here is generated by the photoelectric conversion unit PD by photoelectric conversion during the period from time t1 to time t2. That is, it corresponds to an imaging signal in which the period from time t1 to time t2 is the exposure time. In other words, the above operation corresponds to a global shutter operation in which the shutter is opened at time t1 and the shutter is closed at time t2.
制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に
撮像信号を読み出す。全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読
み出した撮像信号に基づくライブビュー画像を作成して表示装置150に表示する。
After that, the
読み出し対象となる全ての行からの撮像信号の読み出しには、読み出し時間T1を要す
ることになる。例えば第1読出部21から読み出した撮像信号に基づき、60fpsでラ
イブビュー画像の表示を行いたい場合には、この読み出し時間T1を60分の1秒以下に
する必要がある。
The read time T1 is required to read the image pickup signal from all the rows to be read. For example, when it is desired to display a live view image at 60 fps based on the image pickup signal read from the
時刻t2から読み出し時間T1だけ後の時刻t4に、制御回路130は、再び、ライブ
ビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第
1電荷保持部SG1に同時に転送する(シャッタ閉動作、兼、グローバル転送、兼、次の
撮像におけるシャッタ開動作に相当)。制御回路130は、その後、1行目の撮像画素2
0の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出してライブビュー画像の作成およ
び表示を行う。
At time t4, which is only the read time T1 from time t2, the
The image pickup signal is read out line by line in order from the
制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1ごとに繰り返し行う。これにより、
第1読出部21から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、例えば60分の
1秒ごとに作成および表示される。
The
A live view image based on the image pickup signal read from the
以上の動作と並行して、制御回路130は、時刻t2から読み出し時間T1の半分だけ
後の時刻t3に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光
電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する(シャッタ閉動作、兼、グ
ローバル転送、兼、次の撮像におけるシャッタ開動作に相当)。ここで転送される電荷は
、時刻t2から時刻t3までの期間に光電変換部PDが光電変換により生成したものであ
る。つまり、時刻t2から時刻t3までの期間を露光時間とした撮像信号に相当する。換
言すると、以上の動作は、時刻t2にシャッタ開を行い、時刻t3にシャッタ閉を行った
グローバルシャッタ動作に相当する。
In parallel with the above operation, the
制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に
撮像信号を読み出す。全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読
み出した撮像信号に基づくライブビュー画像を作成して表示装置150に表示する。
After that, the
制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1ごとに繰り返し行う。これにより、
第2読出部22から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、例えば60分の
1秒ごとに作成および表示される。
The
A live view image based on the image pickup signal read from the
以上のように、制御回路130は、第1読出部21からの撮像信号の読み出し並びにラ
イブビュー画像の作成および表示と、第2読出部22からの撮像信号の読み出し並びにラ
イブビュー画像の作成および表示とを、半周期だけずれたタイミングで並行して行う。従
って、ライブビュー画像は、第1読出部21および第2読出部22の一方のみを用いて行
う場合の倍のフレームレートで表示されることになる。
As described above, the
また、ライブビュー表示の開始時を除き、光電変換部PDのリセットは行われていない
。つまり、ライブビュー表示中に光電変換部PDで生成された全ての電荷を、余すところ
なく利用していると言える。
Further, the photoelectric conversion unit PD is not reset except when the live view display is started. That is, it can be said that all the electric charges generated by the photoelectric conversion unit PD during the live view display are fully utilized.
図7は、ある1つの撮像画素20に注目したライブビュー動作のタイミングチャートで
ある。制御回路130は、まず時刻t11に、第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部S
G2と第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2とリセットトランジス
タRとをオンオフする(ゲートに印加する電圧をHレベルとLレベルとで切り替える)こ
とにより、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1と第2電荷保持部SG2とを同時にリ
セットする。その後の時刻t12に、制御回路130は、第1電荷保持部SG1をオンオ
フすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。なお、
図7に図示した通り、第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2とリセ
ットトランジスタRとをオフするタイミングは、第1電荷保持部SG1および第2電荷保
持部SG2をオフするタイミングよりも遅らせることが望ましい。
FIG. 7 is a timing chart of the live view operation focusing on one
By turning on / off the G2, the first transfer transistor TX1, the second transfer transistor TX2, and the reset transistor R (switching the voltage applied to the gate between the H level and the L level), the photoelectric conversion unit PD and the first charge holding unit The SG1 and the second charge holding unit SG2 are reset at the same time. At a subsequent time t12, the
As illustrated in FIG. 7, the timing of turning off the first transfer transistor TX1, the second transfer transistor TX2, and the reset transistor R is delayed from the timing of turning off the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2. Is desirable.
時刻t13に、制御回路130は、第1読出部21から撮像信号を読み出す。制御回路
130は、まず第1出力トランジスタS1をオンする。そして、第1出力トランジスタS
1をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第1転送トラ
ンジスタTX1をオンオフする。これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電
荷が、第1電荷電圧変換部FD1に転送され、その電荷量に応じた大きさの出力信号が、
第1出力部23に出力される。その後、制御回路130は、第1出力トランジスタS1を
オフする。
At time t13, the
With 1 turned on, the reset transistor R is turned on and off, and then the first transfer transistor TX1 is turned on and off. As a result, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge-voltage conversion unit FD1, and an output signal having a size corresponding to the amount of the charge is generated.
It is output to the
時刻t13より後の時刻t14に、制御回路130は、第2電荷保持部SG2をオンオ
フすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。時刻t
15に、制御回路130は、第2読出部22から撮像信号を読み出す。制御回路130は
、まず第2出力トランジスタS2をオンする。そして、第2出力トランジスタS2をオン
した状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第2転送トランジスタ
TX2をオンオフする。これにより、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が、第
2電荷電圧変換部FD2に転送され、その電荷量に応じた大きさの出力信号が、第2出力
部24に出力される。その後、第2出力トランジスタS2をオフする。
At time t14 after time t13, the
Fifteenth, the
制御回路130は、以上の動作を繰り返し行うことで、第1読出部21および第2読出
部22から撮像信号を交互に読み出す。
By repeating the above operation, the
次に、ライブビュー動作中の本撮影(記録画像を作成するための撮影)について説明す
る。図8は、本撮影のタイミングチャートである。時刻t21において、所定の本撮影操
作(例えばレリーズスイッチの全押し操作)が為されたものとする。
Next, the main shooting (shooting for creating a recorded image) during the live view operation will be described. FIG. 8 is a timing chart of the main shooting. It is assumed that a predetermined main shooting operation (for example, a full release operation of the release switch) is performed at time t21.
制御回路130は、時刻t23に現在実行している第1読出部21からの撮像信号の読
み出しが終了すると、その直近の第2電荷保持部SG2への電荷転送が行われた時刻t2
2から所定の露光時間T2が経過した時刻t24に、全ての撮像画素20において、光電
変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する。
When the
At the time t24 when the predetermined exposure time T2 elapses from 2, the charges of the photoelectric conversion unit PD are simultaneously transferred to the first charge holding unit SG1 in all the
更に制御回路130は、時刻t24から所定の露光時間T3(露光時間T2とは異なる
時間)が経過した時刻t25に、全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を
第2電荷保持部SG2に同時に転送する。
Further, the
制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に
撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第2
読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120からは、
露光時間T2に対応する撮像信号と、露光時間T3に対応する撮像信号とが同時に得られ
る。
After that, the
The image pickup signal is read out line by line in order from the
An imaging signal corresponding to the exposure time T2 and an imaging signal corresponding to the exposure time T3 can be obtained at the same time.
全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読み出した撮像信号に
基づく記録画像を作成して記録媒体160に記録する。例えば、第1読出部21から読み
出した撮像信号に基づく第1記録画像と、第2読出部22から読み出した撮像信号に基づ
く第2記録画像とを記録媒体160に記録してもよいし、それら2つの撮像信号を合成し
て単一の記録画像を作成し記録媒体160に記録してもよい。記録画像の記録が終了する
と、制御回路130は、図6の時刻t1からの動作を再度実行開始し、ライブビュー表示
を再開する。
When the imaging signals have been read from all the rows, the
図9は、ある1つの撮像画素20に注目した本撮影のタイミングチャートである。時刻
t31において、ライブビュー表示のため、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に
電荷が転送されたものとする。制御回路130は、時刻t31から所定の露光時間T2が
経過した時刻t32において、第1電荷保持部SG1をオンオフすることにより、光電変
換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。制御回路130は、時刻t32か
ら所定の露光時間T3が経過した時刻t33において、第2電荷保持部SG2をオンオフ
することにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。
FIG. 9 is a timing chart of the main shooting focusing on one
その後の時刻t34に、制御回路130は、第1読出部21および第2読出部22から
撮像信号を同時に読み出す。制御回路130は、まず第1出力トランジスタS1と第2出
力トランジスタS2を同時にオンする。制御回路130は、第1出力トランジスタS1と
第2出力トランジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし
、その後、第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2をオンオフする。
これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷が第1電荷電圧変換部FD1に
転送されると共に、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が第2電荷電圧変換部F
D2に転送され、各々の電荷量に応じた大きさの出力信号が、第1出力部23と第2出力
部24に出力される。制御回路130は、その後、第1出力トランジスタS1と第2出力
トランジスタS2をオフする。
At a subsequent time t34, the
As a result, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge-voltage conversion unit FD1, and the charge held in the second charge holding unit SG2 is transferred to the second charge-voltage conversion unit F.
It is transferred to D2, and output signals having a magnitude corresponding to each charge amount are output to the
上述した第1の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像素子120は、入射光を光電変換して電荷を生成する光電変換部PDと、光電
変換部PDに接続された、第1読出部21および第2読出部22とを有する撮像画素20
を複数備える。第1読出部21は、光電変換部PDから転送された電荷を一時的に保持す
る第1電荷保持部SG1と、第1電荷保持部SG1から転送された電荷を電圧に変換する
第1電荷電圧変換部FD1と、第1電荷電圧変換部FD1の電圧に応じた出力信号を出力
する第1出力部23とを有する。同様に、第2読出部22は、光電変換部PDから転送さ
れた電荷を一時的に保持する第2電荷保持部SG2と、第2電荷保持部SG2から転送さ
れた電荷を電圧に変換する第2電荷電圧変換部FD2と、第2電荷電圧変換部FD2の電
圧に応じた出力信号を出力する第2出力部24とを有する。このようにしたので、フォト
ダイオード(光電変換部PD)で生じた電荷を有効利用することができる。
According to the image pickup apparatus according to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The
It is provided with a plurality of. The
(2)第1電荷電圧変換部FD1の静電容量は、第1電荷保持部SG1の静電容量よりも
多い。同様に、第2電荷電圧変換部FD2の静電容量は、第2電荷保持部SG2の静電容
量よりも多い。つまり、光電変換部PDで生成された電荷が転送されていく順に従って、
静電容量が多くなっている。このようにしたので、光電変換部PDで生成された電荷を損
なうことなく取り扱うことができる。
(2) The capacitance of the first charge-voltage conversion unit FD1 is larger than the capacitance of the first charge holding unit SG1. Similarly, the capacitance of the second charge-voltage conversion unit FD2 is larger than the capacitance of the second charge-holding unit SG2. That is, according to the order in which the electric charges generated by the photoelectric conversion unit PD are transferred.
The capacitance is high. Since this is done, the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD can be handled without being damaged.
(3)第1読出部21は、第2電荷保持部SG2に光電変換部PDから電荷が転送された
第1時刻から、当該電荷に対応する出力信号が第2出力部24から出力される第2時刻ま
での期間内に光電変換部PDで生成された電荷を、第1電荷保持部SG1に転送する。第
2読出部22は、第1電荷保持部SG1に光電変換部PDから電荷が転送された第3時刻
から、当該電荷に対応する出力信号が第1出力部23から出力される第4時刻までの期間
内に光電変換部PDで生成された電荷を、第2電荷保持部SG2に転送する。このように
したので、一方の読出部において読み出し動作が行われている間に光電変換部PDで生成
された電荷を廃棄することなく、他方の読出部に転送して活用することができる。
(3) The
(4)制御回路130は、第1出力部23から出力された出力信号に基づき第1表示画像
を作成すると共に、第2出力部24から出力された出力信号に基づき第2表示画像を作成
する画像作成部として機能する。表示装置150は、第1表示画像と第2表示画像とを交
互に表示する画像表示部として機能する。このようにしたので、撮像信号(出力信号)の
読み出し速度等により規定されるフレームレートの倍のフレームレートで、ライブビュー
画像を表示することができる。
(4) The
(5)第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、いわゆる埋め込みチャネル
構造を有している。これにより、通常のいわゆるフローティングディフュージョンとは異
なり、第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2には、光電変換部PDで生成さ
れた電荷を、比較的長期間、損なわれずに蓄積しておくことが可能になる。
(5) The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 have a so-called embedded channel structure. As a result, unlike the usual so-called floating diffusion, the charges generated by the photoelectric conversion unit PD are accumulated in the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 for a relatively long period of time without being damaged. It will be possible to keep it.
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置100と同一の
構成を有しているが、撮像素子120の駆動方式が、第1の実施の形態と異なっている。
以下、特に第1の実施の形態との差異を中心として、第2の実施の形態に係る撮像装置を
説明する。
(Second Embodiment)
The image pickup device according to the second embodiment has the same configuration as the
Hereinafter, the imaging apparatus according to the second embodiment will be described with particular focus on the differences from the first embodiment.
第1の実施の形態では、ライブビュー表示のフレームレート(例えば60fps)に応
じた露光時間(例えば約60分の1秒)でライブビュー画像の撮影を行っていた。本実施
の形態では、第1の実施の形態と同様に倍速でのライブビュー表示を行うが、各々のライ
ブビュー画像の露光時間は任意に設定する。
In the first embodiment, the live view image is taken with an exposure time (for example, about 1/60 second) corresponding to the frame rate (for example, 60 fps) of the live view display. In the present embodiment, the live view is displayed at double speed as in the first embodiment, but the exposure time of each live view image is arbitrarily set.
図10は、ライブビュー動作のタイミングチャートである。制御回路130は、まず時
刻t41に、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20において、光電変
換部PDおよび第1電荷保持部SG1を同時にリセットする。制御回路130は、時刻t
41から所定の露光時間T4だけ後の時刻t42に、ライブビュー画像の作成に用いられ
る全ての撮像画素20において、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に
転送する。
FIG. 10 is a timing chart of the live view operation. The
At time t42, which is only a predetermined exposure time T4 after 41, the charges of the photoelectric conversion unit PD are simultaneously transferred to the first charge holding unit SG1 in all the
制御回路130は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に
撮像信号を読み出す。全ての行からの撮像信号の読み出しには、読み出し時間T1が必要
になる。時刻t42から読み出し時間T1が経過した時刻t45に、全ての行からの撮像
信号の読み出しが完了する。制御回路130は、読み出した撮像信号に基づくライブビュ
ー画像を作成して表示装置150に表示する。
After that, the
撮像信号を読み出し終えた時刻t45に、制御回路130は、光電変換部PDおよび第
1電荷保持部SG1をリセットする。時刻t45から露光時間T4だけ後の時刻t46に
おいて、制御回路130は、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20に
ついて、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に同時に転送する。制御回路13
0は、その後、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み
出してライブビュー画像の作成および表示を行う。
At the time t45 when the image pickup signal is read out, the
After that, 0 reads the imaging signal line by line in order from the
制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1+露光時間T4ごとに繰り返し行う
。これにより、第1読出部21から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、
T1+T4の時間ごと(例えば60分の1秒ごと)に作成および表示される。このライブ
ビュー画像は、露光時間T4で撮影された画像である。
The
Created and displayed every T1 + T4 time (for example, every 1 / 60th of a second). This live view image is an image taken with an exposure time T4.
以上の動作と並行して、制御回路130は、第2読出部22でも同様に、ライブビュー
画像の作成および表示を行う。いま、時刻t41〜t45までの期間の中央に相当する時
刻t43を考える。この時刻t43に、制御回路130は、光電変換部PDおよび第2電
荷保持部SG2をリセットする。時刻t43から露光時間T4だけ後の時刻t44におい
て、制御回路130は、ライブビュー画像の作成に用いられる全ての撮像画素20につい
て、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する。制御回路130は
、その後、1行目の撮像画素20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出し
てライブビュー画像の作成および表示を行う。
In parallel with the above operation, the
制御回路130は、以上の動作を読み出し時間T1+露光時間T4ごとに繰り返し行う
。これにより、第2読出部22から読み出された撮像信号に基づくライブビュー画像が、
例えば60分の1秒ごとに作成および表示される。このライブビュー画像は、露光時間T
4で撮影された画像である。
The
Created and displayed, for example, every 1 / 60th of a second. This live view image has an exposure time of T.
It is an image taken in 4.
以上のように、制御回路130は、第1読出部21からの撮像信号の読み出し並びにラ
イブビュー画像の作成および表示と、第2読出部22からの撮像信号の読み出し並びにラ
イブビュー画像の作成および表示とを、半周期((T1+T4)/2)だけずれたタイミ
ングで並行して行う。従って、ライブビュー画像は、第1読出部21および第2読出部2
2の一方のみを用いて行う場合の倍のフレームレートで表示されることになる。
As described above, the
It will be displayed at twice the frame rate when only one of 2 is used.
図11は、ある1つの撮像画素20に注目したライブビュー動作のタイミングチャート
である。制御回路130は、まず時刻t51に、第1電荷保持部SG1と第1転送トラン
ジスタTX1とリセットトランジスタRとをオンする(ゲートに印加する電圧をLレベル
からHレベルに切り替える)ことにより、光電変換部PDおよび第1電荷保持部SG1を
同時にリセットする。
FIG. 11 is a timing chart of the live view operation focusing on one
時刻t51から露光時間T4だけ後の時刻t52に、制御回路130は、第1電荷保持
部SG1をオンすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送
する。
At time t52, which is only the exposure time T4 after the time t51, the
時刻t55に、制御回路130は、第1読出部21から撮像信号を読み出す。制御回路
130は、まず第1出力トランジスタS1をオンする。制御回路130は、第1出力トラ
ンジスタS1をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第
1転送トランジスタTX1をオンオフする。これにより、第1電荷保持部SG1に保持さ
れている電荷が、第1電荷電圧変換部FD1に転送され、その電荷量に応じた大きさの出
力信号が、第1出力部23に出力される。その後、制御回路130は第1出力トランジス
タS1をオフする。
At time t55, the
時刻t52より後の時刻t53に、制御回路130は、第2電荷保持部SG2と第2転
送トランジスタTX2とリセットトランジスタRとをオンする(ゲートに印加する電圧を
LレベルからHレベルに切り替える)ことにより、光電変換部PDおよび第2電荷保持部
SG2を同時にリセットする。
At time t53 after time t52, the
時刻t53から露光時間T4だけ後の時刻t54に、制御回路130は、第2電荷保持
部SG2をオンすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送
する。
At time t54, which is only the exposure time T4 after the time t53, the
時刻t56に、制御回路130は、第2読出部22から撮像信号を読み出す。制御回路
130は、まず第2出力トランジスタS2をオンする。制御回路130は、第2出力トラ
ンジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし、その後、第
2転送トランジスタTX2をオンオフする。これにより、第2電荷保持部SG2に保持さ
れている電荷が、第2電荷電圧変換部FD2に転送され、その電荷量に応じた大きさの出
力信号が、第2出力部24に出力される。その後、制御回路130は第2出力トランジス
タS2をオフする。
At time t56, the
制御回路130は、以上の動作を繰り返し行うことで、第1読出部21および第2読出
部22から露光時間T4に対応する撮像信号を交互に読み出す。
By repeating the above operation, the
次に、ライブビュー動作中の本撮影について説明する。図12は、本撮影のタイミング
チャートである。時刻t61において所定の本撮影操作(例えばレリーズスイッチの全押
し操作)が為されたものとする。
Next, the main shooting during the live view operation will be described. FIG. 12 is a timing chart of the main shooting. It is assumed that a predetermined main shooting operation (for example, a full release operation of the release switch) is performed at time t61.
制御回路130は、時刻t62に現在実行している第1読出部21からの撮像信号の読
み出しが終了すると、全ての撮像画素20について、光電変換部PDおよび第1電荷保持
部SG1を同時にリセットする。制御回路130は、時刻t62から所定の露光時間T5
だけ後の時刻t63に、全ての撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第1電荷
保持部SG1に同時に転送する。
When the reading of the imaging signal from the
At time t63, the charge of the photoelectric conversion unit PD is simultaneously transferred to the first charge holding unit SG1 for all the
制御回路130は、時刻t63よりも後の時刻t64に、全ての撮像画素20について
、光電変換部PDおよび第2電荷保持部SG2を同時にリセットする。制御回路130は
、時刻t64から所定の露光時間T6だけ後の時刻t65に、全ての撮像画素20につい
て、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に同時に転送する。
The
その後、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、行毎に
撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第2
読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120からは、
露光時間T5に対応する撮像信号と、露光時間T6に対応する撮像信号とが同時に得られ
る。
After that, the
The image pickup signal is read out line by line in order from the
An imaging signal corresponding to the exposure time T5 and an imaging signal corresponding to the exposure time T6 can be obtained at the same time.
全ての行から撮像信号を読み出し終わると、制御回路130は、読み出した撮像信号に
基づく記録画像を作成して記録媒体160に記録する。例えば、第1読出部21から読み
出した撮像信号に基づく第1記録画像と、第2読出部22から読み出した撮像信号に基づ
く第2記録画像とを記録媒体160に記録してもよいし、それら2つの撮像信号を合成し
て単一の記録画像を作成し記録媒体160に記録してもよい。
When the imaging signals have been read from all the rows, the
記録画像の記録が終了すると、制御回路130は、図11の時刻t51からの動作を再
度実行開始し、ライブビュー表示を再開する。
When the recording of the recorded image is completed, the
図13は、ある1つの撮像画素20に注目した本撮影のタイミングチャートである。制
御回路130は、時刻t71において、リセットトランジスタRと第1電荷保持部SG1
と第1転送トランジスタTX1とをオンすることにより、光電変換部PDと第1電荷保持
部SG1をリセットする。
FIG. 13 is a timing chart of the main shooting focusing on one
And the first transfer transistor TX1 are turned on to reset the photoelectric conversion unit PD and the first charge holding unit SG1.
制御回路130は、時刻t71から所定の露光時間T5が経過した時刻t72において
、第1電荷保持部SG1をオンすることにより、光電変換部PDから第1電荷保持部SG
1に電荷を転送する。
The
Transfer the charge to 1.
制御回路130は、時刻t72より後の時刻t73において、リセットトランジスタR
と第2電荷保持部SG2と第2転送トランジスタTX2とをオンすることにより、光電変
換部PDと第2電荷保持部SG2をリセットする。
The
And the second charge holding unit SG2 and the second transfer transistor TX2 are turned on to reset the photoelectric conversion unit PD and the second charge holding unit SG2.
制御回路130は、時刻t73から所定の露光時間T6が経過した時刻t74において
、第2電荷保持部SG2をオンすることにより、光電変換部PDから第2電荷保持部SG
2に電荷を転送する。
The
Transfer the charge to 2.
その後の時刻t75に、制御回路130は、第1読出部21および第2読出部22から
撮像信号を同時に読み出す。制御回路130は、まず第1出力トランジスタS1と第2出
力トランジスタS2を同時にオンする。制御回路130は、第1出力トランジスタS1と
第2出力トランジスタS2をオンした状態のまま、リセットトランジスタRをオンオフし
、その後、第1転送トランジスタTX1と第2転送トランジスタTX2をオンオフする。
これにより、第1電荷保持部SG1に保持されている電荷が第1電荷電圧変換部FD1に
転送されると共に、第2電荷保持部SG2に保持されている電荷が第2電荷電圧変換部F
D2に転送され、それぞれの電荷量に応じた大きさの出力信号が、第1出力部23と第2
出力部24に出力される。制御回路130は、その後、第1出力トランジスタS1と第2
出力トランジスタS2をオフする。
At a subsequent time t75, the
As a result, the charge held in the first charge holding unit SG1 is transferred to the first charge-voltage conversion unit FD1, and the charge held in the second charge holding unit SG2 is transferred to the second charge-voltage conversion unit F.
The output signals transferred to D2 and having a size corresponding to the respective charge amounts are the
It is output to the
The output transistor S2 is turned off.
上述した第2の実施の形態による撮像装置によれば、第1の実施の形態と同様の作用効
果が得られる。
According to the image pickup apparatus according to the second embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る撮像装置は、第1の実施の形態に係る撮像装置100と同一の
構成により、露出オートブラケッティング撮影を行う機能と、ハイダイナイミックレンジ
合成(HDR合成)を行う機能とを有している。以下、これら2つの機能のうち、まず露
出オートブラケッティング撮影機能について詳述する。
(Third Embodiment)
The image pickup apparatus according to the third embodiment has the same configuration as the
図14は、露出オートブラケッティング撮影動作のタイミングチャートである。時刻t
81において所定の本撮影操作(例えばレリーズスイッチの全押し操作)が為されたもの
とする。また、時刻t81より後の時刻t83に、現在実行している第1読出部21から
のライブビュー用の撮像信号の読み出しが終了するものと仮定する。
FIG. 14 is a timing chart of the exposure auto bracketing shooting operation. Time t
It is assumed that a predetermined main shooting operation (for example, a full release operation of the release switch) is performed in 81. Further, it is assumed that the reading of the image pickup signal for live view from the
制御回路130は、時刻t83から所定時間T7だけ前の時刻t82に、1行目の撮像
画素20における光電変換部PDのリセットを行う。制御回路130は、その後、時刻t
82から時刻t83にかけて、2行目、3行目、…のように、行毎に、光電変換部PDの
リセットを順次行う。ここで、所定時間T7は、メカニカルシャッター140の走行に要
する時間、すなわち、メカニカルシャッター140を完全に開いた状態である開放状態か
ら完全に閉じた状態である遮光状態に切り替えるために必要な時間である。その後、制御
回路130は、第1読出部21からのライブビュー用の撮像信号の読み出しが完了次第、
全ての撮像画素20について第1電荷保持部SG1のリセットを行う。第2電荷保持部S
G2についても同様に、第2読出部22からのライブビュー用の撮像信号の読み出しが完
了次第、全ての撮像画素20について第2電荷保持部SG2のリセットを行う。
The
From 82 to time t83, the photoelectric conversion unit PD is sequentially reset for each line as in the second line, the third line, and so on. Here, the predetermined time T7 is the time required for the
The first charge holding unit SG1 is reset for all the
Similarly for G2, the second charge holding unit SG2 is reset for all the
制御回路130は、時刻t82から所定の露光時間T8だけ後の時刻t84に、1行目
の撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に転送する。制
御回路130は、その後、時刻t84から所定時間T7だけ後の時刻t85にかけて、2
行目、3行目、…のように、行毎に、光電変換部PDの電荷を第1電荷保持部SG1に順
次転送する。
The
The electric charge of the photoelectric conversion unit PD is sequentially transferred to the first charge holding unit SG1 for each line as in the rows, the third line, and so on.
制御回路130は、時刻t84から所定の露光時間T9だけ後の時刻t86に、1行目
の撮像画素20について、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に転送する。制
御回路130は、その後、時刻t86から所定時間T7だけ後の時刻t87にかけて、2
行目、3行目、…のように、行毎に、光電変換部PDの電荷を第2電荷保持部SG2に順
次転送する。
The
The electric charge of the photoelectric conversion unit PD is sequentially transferred to the second charge holding unit SG2 for each line as in the rows, the third line, and so on.
制御回路130は、時刻t86から所定の露光時間T10だけ後の時刻t88に、メカ
ニカルシャッター140の走行を開始し、メカニカルシャッター140を閉じた状態(遮
光状態)にする。前述の通り、メカニカルシャッター140の走行には、所定時間T7を
要する。従って、時刻t88から所定時間T7だけ後の時刻t89に、メカニカルシャッ
ター140の走行が完了し、撮像素子120はメカニカルシャッター140により覆われ
た状態(遮光状態)になる。
The
時刻t89において、撮像画素20の光電変換部PDには、露光時間T10に対応する
電荷が蓄積されている。メカニカルシャッター140は閉じているので、これ以降、撮像
画素20の光電変換部PDに蓄積されている電荷量は変動しない。つまり、光電変換部P
Dには、露光時間T10に対応する電荷が保持される。
At time t89, the electric charge corresponding to the exposure time T10 is accumulated in the photoelectric conversion unit PD of the
The electric charge corresponding to the exposure time T10 is held in D.
時刻t89に、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順に、
行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素20
の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子120か
らは、露光時間T8に対応する撮像信号と、露光時間T9に対応する撮像信号とが同時に
得られる。
At time t89, the
Read the imaging signal line by line. In parallel with this, the
The imaging signal is read line by line in order from the
これらの撮像信号を読み出し終わった時刻t90に、制御回路130は、光電変換部P
Dに蓄積されている電荷(露光時間T10に対応する電荷)を第1電荷保持部SG1およ
び第2電荷保持部SG2に転送する。このとき制御回路130は、撮像素子120の全行
のうち、ある半分の行(例えば奇数行)については第1電荷保持部SG1に電荷を転送し
、残り半分の行(例えば偶数行)については第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。
At the time t90 when these imaging signals are read out, the
The electric charge accumulated in D (the electric charge corresponding to the exposure time T10) is transferred to the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2. At this time, the
その後、制御回路130は、前者の半分の行(例えば奇数行)について、1行目の撮像
画素20の第1読出部21から順に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御
回路130は、後者の半分の行(例えば偶数行)について、1行目の撮像画素20の第2
読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。
After that, the
The image pickup signal is read out line by line in order from the
これにより、撮像素子120からは、露光時間T10に対応する撮像信号が得られる。
また、全行のうち半分の行については第1読出部21から読み出され、残り半分の行につ
いては第2読出部22から読み出されるので、全行の読み出しに要する時間は、第1読出
部21だけ(または第2読出部22だけ)を用いる場合に比べて約半分になる。
As a result, an image pickup signal corresponding to the exposure time T10 can be obtained from the
Further, since half of the lines are read from the
なお、このように第1読出部21と第2読出部22とに読み出しを振り分けなくてもよ
い。つまり、例えば露光時間T10に対応する撮像信号を、第1読出部21のみから読み
出してもよい。
It is not necessary to distribute the reading to the
全ての撮像信号の読み出しを終えると、制御回路130は、読み出した3種類の撮像信
号に基づく3種類の記録画像を作成して記録媒体160に記録する。これら3種類の記録
画像は、それぞれ異なる露光時間T8,T9,T10に基づく記録画像である。例えば、
露光時間T8を適正露出に相当する時間、露光時間T9を適正露出から1段上に相当する
(すなわち露出オーバー気味の)時間、露光時間T10を適正露出から1段下に相当する
(すなわち露出アンダー気味の)時間とすれば、3種類の記録画像は、いわゆる露出オー
トブラケッティング撮影により得られる画像となる。
After reading out all the imaging signals, the
The exposure time T8 corresponds to the time corresponding to the proper exposure, the exposure time T9 corresponds to the time corresponding to one step above the proper exposure (that is, slightly overexposed), and the exposure time T10 corresponds to the time corresponding to one step below the proper exposure (that is, underexposure). In terms of time (slightly), the three types of recorded images are images obtained by so-called exposure auto-bracketing photography.
なお、以上の説明では、露光時間に基づく露出オートブラケッティングについて説明し
たが、撮影毎に例えば絞りやISO感度等を変更して露出オートブラケッティング撮影を
行ってもよい。また、露出以外の撮影設定(例えばフォーカス位置等)が異なる画像を一
度に得るオートブラケッティング撮影を行ってもよい。
In the above description, the exposure auto-bracketing based on the exposure time has been described, but the exposure auto-bracketing may be performed by changing, for example, the aperture and the ISO sensitivity for each shooting. Further, auto bracketing imaging may be performed in which images having different imaging settings (for example, focus position, etc.) other than exposure are obtained at once.
制御回路130は、更に、読み出した3種類の撮像信号に基づく3種類の記録画像を作
成した後に、それら3種類の記録画像を周知の方法によりHDR合成して1つの記録画像
を作成し記録媒体160に記録する機能を有している。例えば、短蓄積の記録画像におい
て黒つぶれしてしまっている部分を、中蓄積の記録画像や長蓄積の記録画像の同一部分で
復元する。同様に、長蓄積の記録画像において白飛びしてしまっている部分を、短蓄積の
記録画像や中蓄積の記録画像の同一部分で復元する。このような合成方法は周知であるの
で説明を省略する。
The
図15は、ハイダイナミックレンジ合成の露光時間を模式的に示す図である。図15(
a)に、従来の撮像素子を用いたハイダイナミックレンジ合成の露光時間を示す。従来の
撮像素子では、1回目の撮影(短蓄積、すなわち露出アンダー気味の露出設定に基づく撮
影)を行ってから1つ目の撮像信号を読み出し、その後、2回目の撮影(中蓄積、すなわ
ち適正露出設定での撮影)と撮像信号の読み出し、3回目の撮影(長蓄積、すなわち露出
オーバー気味の露出設定に基づく撮影)と撮像信号の読み出しとを順次行っていた。従っ
て、1〜3回目の露光時間はそれぞれ間隔が空いてしまっていた。
FIG. 15 is a diagram schematically showing the exposure time of high dynamic range composition. FIG. 15 (
The exposure time of high dynamic range composition using the conventional image sensor is shown in a). With a conventional image sensor, the first imaging (short accumulation, that is, imaging based on an underexposed exposure setting) is performed, the first imaging signal is read, and then the second imaging (medium storage, that is, appropriate) is performed. The imaging signal was read out in sequence (shooting with the exposure setting), the third shooting (long-exposure, that is, shooting based on the exposure setting with a slight overexposure), and the reading of the image pickup signal. Therefore, the 1st to 3rd exposure times were spaced apart from each other.
このように、各々の撮影に間隔が空いてしまうと、例えば動きのある被写体を撮影した
場合に、3つの撮像信号において被写体位置が揃わず、ハイダイナミックレンジ合成をう
まく行うことができなかった。
In this way, if there is an interval between each shooting, for example, when a moving subject is shot, the subject positions are not aligned in the three imaging signals, and high dynamic range composition cannot be performed well.
図15(b)に、本実施形態に係る撮像装置を用いたハイダイナミックレンジ合成の露
光時間を示す。あたかも1回の撮影のように、連続する露光時間で3種類の露出設定に対
応する撮像信号が得られている。特に、これら3種類の露出設定による3回の蓄積(露光
)は、合計で1回分の画素出力タイミング内に収まっているので、事実上、1回の撮影に
要する時間内(すなわち1フレーム期間内)で撮影が完了していることになる。従って、
従来の撮像素子を用いた場合のように、被写体位置がずれることがなくハイダイナミック
レンジ合成を行うための画像を得ることができる。
FIG. 15B shows the exposure time of high dynamic range composition using the image pickup apparatus according to the present embodiment. Imaging signals corresponding to three types of exposure settings are obtained with continuous exposure times, as if one shot was taken. In particular, since the three times of accumulation (exposure) by these three types of exposure settings are within the pixel output timing for one time in total, it is practically within the time required for one shooting (that is, within one frame period). ) Means that the shooting is completed. Therefore,
It is possible to obtain an image for high dynamic range composition without shifting the subject position as in the case of using a conventional image sensor.
上述した第3の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)メカニカルシャッター140は、いわゆるシャッター装置であり、撮像素子120
への入射光を遮らない開放状態と、撮像素子120への入射光を遮る遮光状態とを切替可
能に構成される。第1読出部21は、メカニカルシャッター140が開放状態である第1
期間に光電変換部PDで生成された電荷を、第1電荷保持部SG1に転送し、その後、当
該電荷に対応する出力信号を第1出力部23から出力する。第2読出部22は、メカニカ
ルシャッター140が開放状態であり第1期間とは重複しない第2期間に光電変換部PD
で生成された電荷を、第2電荷保持部SG2に転送し、その後、当該電荷に対応する出力
信号を第2出力部24から出力する。メカニカルシャッター140は、メカニカルシャッ
ター140が開放状態であり第1期間および第2期間より後の第3期間に光電変換部PD
で生成された電荷を、遮光状態に切り替えて光電変換部PDに保持する。第1読出部21
は、メカニカルシャッター140が遮光状態になることで光電変換部PDに保持された電
荷を、第1期間に光電変換部PDで生成された電荷に基づく出力信号を第1出力部23か
ら出力し終わった後に第1電荷保持部SG1に転送する。このようにしたので、連続撮影
を最大で3枚まで一度に行うことができる。これら最大3枚分の連続撮影は、撮影間に信
号の読み出しを行う必要がないので、撮影間の間隔が略ゼロである。
According to the image pickup apparatus according to the third embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The
It is possible to switch between an open state that does not block the light incident on the
The electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD during the period is transferred to the first charge holding unit SG1, and then the output signal corresponding to the electric charge is output from the
The electric charge generated in the above is transferred to the second charge holding unit SG2, and then the output signal corresponding to the electric charge is output from the
The electric charge generated in the above is switched to a light-shielding state and held in the photoelectric conversion unit PD.
Finishes outputting the electric charge held in the photoelectric conversion unit PD when the
(2)第1期間に光電変換部PDで生成された電荷に基づく第1出力信号と、第2期間に
光電変換部PDで生成された電荷に基づく第2出力信号と、第3期間に光電変換部PDで
生成された電荷に基づく第3出力信号と、はそれぞれ異なる露出設定に基づく出力信号で
ある。このようにしたので、いわゆる露出オートブラケッティング撮影を、最大で3枚ま
で一度に行うことができる。ここで成される露出オートブラケッティング撮影は、通常の
露出オートブラケッティング撮影に比べて、各々の撮影の間隔が極めて短い(略ゼロであ
る)。従って、撮影ごとの被写体の位置ずれを極めて小さくすることができる。
(2) A first output signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD in the first period, a second output signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit PD in the second period, and photoelectric in the third period. The third output signal based on the electric charge generated by the conversion unit PD is an output signal based on different exposure settings. Since this is done, so-called exposure auto-bracketing photography can be performed up to three images at a time. In the exposure auto-bracketing shooting performed here, the interval between each shooting is extremely short (substantially zero) as compared with the normal exposure auto-bracketing shooting. Therefore, the misalignment of the subject for each shooting can be extremely reduced.
(3)制御回路130は、露出設定が異なる3つの撮像信号(第1出力信号と第2出力信
号と第3出力信号)に基づき、いずれか1つの出力信号に基づく画像よりもダイナミック
レンジの高い画像を作成するハイダイナミックレンジ合成部として機能する。このように
したので、撮影ごとの被写体の位置ずれが極めて小さいハイダイナミックレンジ画像を得
ることができる。
(3) The
(第4の実施の形態)
図16は、本発明の第4の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。なお
、図16において、第1の実施の形態と同一の部位については、第1の実施の形態と同一
の符号を付して説明を省略する。
(Fourth Embodiment)
FIG. 16 is a schematic view showing the configuration of the image pickup apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 16, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
撮像装置200は、結像光学系110、撮像素子120、制御回路130、メカニカル
シャッター140、表示装置150、記録媒体160に加えて、更に投影部170を備え
ている。投影部170は、パルス光(変調光)を所定画角内の被写体に投影する。
The
制御回路130は、デプスマップ作成機能を有している。デプスマップとは、被写体の
部分ごとの奥行き(撮像装置200から当該被写体部分までの距離)を二次元状にマップ
したデータである。制御回路130は、いわゆる光飛行時間計測法(ToF;Time of Fl
ight)を用いて、被写体の部分ごとの奥行き(距離)を測定する。本実施形態において、
被写体の部分とは、1つの撮像画素20、または複数の撮像画素20から成るブロックに
対応する被写体部分である。つまり、制御回路130は、撮像画素20ごと、または複数
の撮像画素20から成るブロックごとに、対応する被写体部分の奥行きを得ることができ
る。以下、デプスマップ作成時の測距動作について詳述する。
The
ight) is used to measure the depth (distance) of each part of the subject. In this embodiment
The subject portion is a subject portion corresponding to one
図17は、測距動作のタイミングチャートである。まず時刻t100において、投影部
170が、時間T0だけパルス光を投影する。また、時刻t100において、制御回路1
30が、全ての撮像画素20について、光電変換部PDと第1電荷保持部SG1と第2電
荷保持部SG2とを同時にリセットする。
FIG. 17 is a timing chart of the distance measuring operation. First, at time t100, the
30 simultaneously resets the photoelectric conversion unit PD, the first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 for all the
その後、パルス光の投影が終了する時刻t102において、制御回路130は、全ての
撮像画素20について、光電変換部PDから第1電荷保持部SG1に電荷を転送する。
After that, at the time t102 when the projection of the pulsed light ends, the
更に、時刻t102から時間T0だけ後の時刻t104に、制御回路130は、全ての
撮像画素20について、光電変換部PDから第2電荷保持部SG2に電荷を転送する。
Further, at time t104, which is only time T0 after time t102, the
時刻t100から投影を開始したパルス光(投影光)は、被写体の表面で反射し、時刻
t100から遅れ時間Tdだけ後の時刻t101に、撮像素子120に向かって返ってく
る。ここで、遅れ時間Tdは、撮像画素20に対応する被写体部分までの距離Lに応じた
時間である。距離Lが長いほど、遅れ時間Tdは長くなる。時刻t101から時間T0だ
け後の時刻t103近傍において、反射光は途切れる。
The pulsed light (projected light) whose projection is started at time t100 is reflected on the surface of the subject and returns to the
時刻t104以降、制御回路130は、1行目の撮像画素20の第1読出部21から順
に、行毎に撮像信号を読み出す。それと並行して、制御回路130は、1行目の撮像画素
20の第2読出部22から順に、行毎に撮像信号を読み出す。これにより、撮像素子12
0からは、時刻t100から時刻t102までの露光期間に対応する撮像信号と、時刻t
102から時刻t104までの露光期間に対応する撮像信号とが同時に得られる。
After the time t104, the
From 0, the imaging signal corresponding to the exposure period from time t100 to time t102 and time t
An imaging signal corresponding to the exposure period from 102 to time t104 can be obtained at the same time.
ここで、第1読出部21から読み出された撮像信号(出力信号)と、第2読出部22か
ら読み出された撮像信号(出力信号)との比は、時刻t102までに受光した反射光の光
量と、時刻t102以降に受光した反射光の光量との比である。従って、第1読出部21
から読み出された撮像信号と、第2読出部22から読み出された撮像信号とから、遅れ時
間Tdを決定することができる。
Here, the ratio of the image pickup signal (output signal) read from the
The delay time Td can be determined from the image pickup signal read from and the image pickup signal read from the
例えば、ある撮像画素20について、第1読出部21から読み出された撮像信号と、第
2読出部22から読み出された撮像信号との大きさが略等しかった場合、その撮像画素2
0に対応する被写体部分における遅れ時間Tdは、時間T0の半分である。また、第1読
出部21から読み出された撮像信号と、第2読出部22から読み出された撮像信号との大
きさが1対2の比率であった場合、遅れ時間Tdは、時間T0の3分の2である。
For example, for a
The delay time Td in the subject portion corresponding to 0 is half of the time T0. Further, when the magnitude of the image pickup signal read from the
光速cは既知なので、遅れ時間Tdが分かれば、被写体までの距離Lを算出することが
可能である。このような距離Lの算出方法は周知であるので、説明を省略する。
Since the speed of light c is known, it is possible to calculate the distance L to the subject if the delay time Td is known. Since such a method for calculating the distance L is well known, the description thereof will be omitted.
上述した第4の実施の形態による撮像装置によれば、次の作用効果が得られる。
(1)投影部170は、被写体に所定の変調光であるパルス光を投影する。第1読出部2
1は、光電変換部PDが投影光の反射光の一部を光電変換して生成した電荷を第1電荷保
持部SG1に転送し、当該電荷に基づく出力信号を第1出力部23から出力する。第2読
出部22は、光電変換部PDが投影光の反射光のうち残りを光電変換して生成した電荷を
第2電荷保持部SG2に転送し、当該電荷に基づく出力信号を第2出力部24から出力す
る。制御回路130は、第1出力部23から出力された出力信号と、第2出力部24から
出力された出力信号とに基づき、被写体までの距離を算出する距離算出部として機能する
。このようにしたので、被写体のデプスマップを精度よく作成することができる。
According to the image pickup apparatus according to the fourth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The
In 1, the photoelectric conversion unit PD transfers a part of the reflected light of the projected light by photoelectric conversion to the first charge holding unit SG1, and outputs an output signal based on the charge from the
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形
態と組み合わせることも可能である。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications can be combined with the above-described embodiment.
(変形例1)
第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2は、上述した実施の形態とは異なる
構成を有していてもよい。例えば、電荷転送用のMOSFETと、電荷を蓄積する容量成
分(例えばダイオード等)と、により第1電荷保持部SG1および第2電荷保持部SG2
を構成してもよい。また、第1読出部21および第2読出部22が、第1電荷保持部SG
1および第2電荷保持部SG2を有していない構成とすることも可能である。
(Modification example 1)
The first charge holding unit SG1 and the second charge holding unit SG2 may have a configuration different from that of the above-described embodiment. For example, a MOSFET for charge transfer and a capacitance component (for example, a diode) for accumulating charges are used to obtain a first charge holding unit SG1 and a second charge holding unit SG2.
May be configured. In addition, the
It is also possible to have a configuration that does not have the first and second charge holding units SG2.
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含
まれる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the features of the present invention are not impaired.
Other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
20…撮像画素、21…第1読出部、22…第2読出部、23…第1出力部、24…第2
出力部、100、200…撮像装置、110…結像光学系、120…撮像素子、130…
制御回路、140…メカニカルシャッター、150…表示装置、160…記録媒体、17
0…投影部、PD…光電変換部、SG1…第1電荷保持部、SG2…第2電荷保持部、F
D1…第1電荷電圧変換部、FD2…第2電荷電圧変換部、TX1…第1転送トランジス
タ、TX2…第2転送トランジスタ、S1…第1出力トランジスタ、S2…第2出力トラ
ンジスタ、SF1…第1増幅トランジスタ、SF2…第2増幅トランジスタ
20 ... Imaging pixel, 21 ... First reading unit, 22 ... Second reading unit, 23 ... First output unit, 24 ... Second
Output unit, 100, 200 ... image pickup device, 110 ... imaging optical system, 120 ... image sensor, 130 ...
Control circuit, 140 ... mechanical shutter, 150 ... display device, 160 ... recording medium, 17
0 ... Projection unit, PD ... Photoelectric conversion unit, SG1 ... First charge holding unit, SG2 ... Second charge holding unit, F
D1 ... 1st charge-voltage conversion unit, FD2 ... 2nd charge-voltage conversion unit, TX1 ... 1st transfer transistor, TX2 ... 2nd transfer transistor, S1 ... 1st output transistor, S2 ... 2nd output transistor, SF1 ... 1st Amplification transistor, SF2 ... Second amplification transistor
Claims (12)
および第2読出部とを有する画素を複数備え、
前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第1電荷電圧
変換部と、前記第1電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有
し、
前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を電圧に変換する第2電荷電圧
変換部と、前記第2電荷電圧変換部の電圧に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有
する撮像素子。 A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate an electric charge, and a first photoelectric conversion unit connected to the photoelectric conversion unit.
A plurality of pixels having a second reading unit and a second reading unit are provided.
The first reading unit is a first charge-voltage conversion unit that converts the charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage, and a first output unit that outputs an output signal corresponding to the voltage of the first charge-voltage conversion unit. And have
The second reading unit includes a second charge-voltage conversion unit that converts the charge transferred from the photoelectric conversion unit into a voltage, and a second output unit that outputs an output signal corresponding to the voltage of the second charge-voltage conversion unit. An image sensor having and.
前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第1電荷保持部を更
に備え、
前記第1電荷電圧変換部は、前記第1電荷保持部から転送された電荷を電圧に変換し、
前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第2電荷保持部を更
に備え、
前記第2電荷電圧変換部は、前記第2電荷保持部から転送された電荷を電圧に変換する
撮像素子。 In the image pickup device according to claim 1,
The first reading unit further includes a first charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit.
The first charge-voltage conversion unit converts the charge transferred from the first charge holding unit into a voltage.
The second reading unit further includes a second charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit.
The second charge-voltage conversion unit is an image pickup device that converts the charge transferred from the second charge holding unit into a voltage.
前記第1電荷電圧変換部の容量値は、前記第1電荷保持部の容量値よりも多く、
前記第2電荷電圧変換部の容量値は、前記第2電荷保持部の容量値よりも多い撮像素子
。 In the image pickup device according to claim 2,
The capacitance value of the first charge-voltage conversion unit is larger than the capacitance value of the first charge holding unit.
The capacitance value of the second charge-voltage conversion unit is larger than the capacitance value of the second charge-holding unit.
前記第1電荷保持部は、前記光電変換部が第1期間に生成した電荷を保持し、
前記第2電荷保持部は、前記光電変換部が前記第1期間と重複しない第2期間に生成し
た電荷を保持する撮像素子。 In the image pickup device according to claim 2 or 3.
The first charge holding unit holds the charge generated by the photoelectric conversion unit in the first period, and
The second charge holding unit is an image pickup element that holds the charges generated by the photoelectric conversion unit in the second period that does not overlap with the first period.
前記第1期間の長さは前記第2期間の長さと異なる撮像素子。 In the image pickup device according to claim 4,
An image sensor in which the length of the first period is different from the length of the second period.
前記第1出力部は、前記第1期間とは重複せず前記第2期間と少なくとも一部が重複す
る第3期間に出力信号を出力する撮像素子。 In the image pickup device according to claim 4 or 5.
The first output unit is an image pickup device that outputs an output signal in a third period that does not overlap with the first period but at least partially overlaps with the second period.
前記第1出力部から出力された出力信号に基づき第1表示画像を作成すると共に、前記
第2出力部から出力された出力信号に基づき第2表示画像を作成する画像作成部と、
前記第1表示画像と前記第2表示画像とを交互に表示する画像表示部と、
を備える撮像装置。 The image sensor according to any one of claims 1 to 6,
An image creation unit that creates a first display image based on the output signal output from the first output unit and creates a second display image based on the output signal output from the second output unit.
An image display unit that alternately displays the first display image and the second display image,
An imaging device comprising.
前記撮像素子への入射光を遮らない開放状態と、前記撮像素子への入射光を遮る遮光状
態とを切替可能なシャッター装置を備え、
前記第1読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態である第1期間に前記光電変換
部で生成された電荷を、前記第1電荷保持部に転送し、その後、当該電荷に対応する出力
信号を前記第1出力部から出力し、
前記第2読出部は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間とは重複し
ない第2期間に前記光電変換部で生成された電荷を、第2電荷保持部に転送し、その後、
当該電荷に対応する出力信号を前記第2出力部から出力し、
前記シャッター装置は、前記シャッター装置が前記開放状態であり前記第1期間および
前記第2期間より後の第3期間に前記光電変換部で生成された電荷を、前記遮光状態に切
り替えて前記光電変換部に保持し、
前記第1読出部は、前記シャッター装置が前記遮光状態になることで前記光電変換部に
保持された電荷を、前記第1期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく出力信号を
前記第1出力部から出力し終わった後に前記第1電荷保持部に転送する、撮像装置。 The image sensor according to any one of claims 2 to 6,
A shutter device capable of switching between an open state that does not block the incident light on the image sensor and a light-shielding state that blocks the incident light on the image sensor is provided.
The first reading unit transfers the electric charge generated by the photoelectric conversion unit during the first period when the shutter device is in the open state to the first electric charge holding unit, and then an output signal corresponding to the electric charge. Is output from the first output unit,
The second reading unit transfers the electric charge generated by the photoelectric conversion unit to the second charge holding unit during the second period when the shutter device is in the open state and does not overlap with the first period, and then the second reading unit transfers the electric charge to the second charge holding unit.
An output signal corresponding to the electric charge is output from the second output unit,
In the shutter device, the electric charge generated by the photoelectric conversion unit during the first period and the third period after the second period when the shutter device is in the open state is switched to the light-shielding state to perform the photoelectric conversion. Hold in the department,
The first reading unit outputs an output signal based on the electric charge held by the photoelectric conversion unit when the shutter device is in the light-shielding state and the electric charge generated by the photoelectric conversion unit during the first period. An imaging device that transfers data from one output unit to the first charge holding unit after the output is completed.
前記第1期間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく第1出力信号と、前記第2期
間に前記光電変換部で生成された電荷に基づく第2出力信号と、前記第3期間に前記光電
変換部で生成された電荷に基づく第3出力信号と、はそれぞれ異なる露出設定に基づく出
力信号である撮像装置。 In the imaging device according to claim 8,
The first output signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit in the first period, the second output signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit in the second period, and the said in the third period. An image pickup device in which a third output signal based on the electric charge generated by the photoelectric conversion unit and an output signal based on different exposure settings are used.
前記第1出力信号と前記第2出力信号と前記第3出力信号とに基づき、いずれか1つの
出力信号に基づく画像よりもダイナミックレンジの高い画像を作成するハイダイナミック
レンジ合成部を更に備える、撮像装置。 In the imaging device according to claim 9,
An image pickup further comprising a high dynamic range compositing unit that creates an image having a higher dynamic range than an image based on any one output signal based on the first output signal, the second output signal, and the third output signal. apparatus.
被写体に所定の変調光を投影する投影部を備え、
前記第1読出部は、前記光電変換部が前記変調光の反射光の一部を光電変換して生成し
た電荷を前記第1電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前記第1出力部から
出力し、
前記第2読出部は、前記光電変換部が前記変調光の反射光のうち、前記一部の残りを光
電変換して生成した電荷を前記第2電荷保持部に転送し、当該電荷に基づく出力信号を前
記第2出力部から出力し、
前記第1出力部から出力された出力信号と、前記第2出力部から出力された出力信号と
に基づき、前記被写体までの距離を算出する距離算出部を備える撮像装置。 The image sensor according to any one of claims 2 to 6,
Equipped with a projection unit that projects a predetermined modulated light on the subject
The first reading unit transfers a charge generated by the photoelectric conversion unit by photoelectric conversion of a part of the reflected light of the modulated light to the first charge holding unit, and transfers an output signal based on the charge to the first charge holding unit. Output from the output section
The second reading unit transfers the electric charge generated by the photoelectric conversion unit by photoelectric conversion of the rest of the reflected light of the modulated light to the second charge holding unit, and outputs an output based on the charge. The signal is output from the second output unit,
An imaging device including a distance calculation unit that calculates a distance to the subject based on an output signal output from the first output unit and an output signal output from the second output unit.
および第2読出部とを有する画素を複数備え、
前記第1読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第1電荷保持部と、
前記第1電荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第1出力部とを有し、
前記第2読出部は、前記光電変換部から転送された電荷を保持する第2電荷保持部と、
前記第2電荷保持部に保持された電荷に応じた出力信号を出力する第2出力部とを有する
撮像素子。
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light to generate an electric charge, and a first photoelectric conversion unit connected to the photoelectric conversion unit.
A plurality of pixels having a second reading unit and a second reading unit are provided.
The first reading unit includes a first charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit, and a first charge holding unit.
It has a first output unit that outputs an output signal corresponding to the electric charge held in the first charge holding unit.
The second reading unit includes a second charge holding unit that holds the charge transferred from the photoelectric conversion unit, and a second charge holding unit.
An image sensor having a second output unit that outputs an output signal corresponding to the charge held in the second charge holding unit.
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