JP2022102594A - Imaging element and imaging apparatus - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、撮像素子、及び、撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup device.
従来から焦点検出用画素を用いた焦点検出技術が知られている。従来から焦点検出の精度向上という要求があった。 Conventionally, a focus detection technique using a focus detection pixel has been known. Conventionally, there has been a demand for improving the accuracy of focus detection.
第1の態様によると、撮像素子は、光を光電変換して電荷を生成する第1光電変換部および第2光電変換部と、前記第1光電変換部または前記第2光電変換部で生成された電荷を蓄積する蓄積部と、前記第1光電変換部で生成された電荷を前記蓄積部に転送する第1転送部と、前記第2光電変換部で生成された電荷を前記蓄積部に転送する第2転送部と、前記蓄積部と所定の電圧を供給する供給部とを接続可能な接続部と、前記第1転送部により前記第1光電変換部と前記蓄積部とを接続させ、前記接続部により前記蓄積部と前記供給部とを接続させた後に、前記第1転送部により前記第1光電変換部と前記蓄積部とを切断させ、前記接続部により前記蓄積部と前記供給部とを切断させ、前記第2転送部により前記第2光電変換部と前記蓄積部とを接続させる第1制御を行う制御部と、を備える。
第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様による撮像素子と、前記撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。
According to the first aspect, the image pickup device is generated by the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit that photoelectrically convert light to generate electric charges, and the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit. The storage unit that stores the charged charge, the first transfer unit that transfers the charge generated by the first photoelectric conversion unit to the storage unit, and the charge generated by the second photoelectric conversion unit are transferred to the storage unit. The second transfer unit, the connection unit capable of connecting the storage unit and the supply unit for supplying a predetermined voltage, and the first photoelectric conversion unit and the storage unit are connected by the first transfer unit. After connecting the storage unit and the supply unit by the connection unit, the first photoelectric conversion unit and the storage unit are disconnected by the first transfer unit, and the storage unit and the supply unit are connected by the connection unit. Is provided, and a control unit that performs first control for connecting the second photoelectric conversion unit and the storage unit by the second transfer unit is provided.
According to the second aspect, the image pickup apparatus includes an image pickup device according to the first aspect and a generation unit that generates image data based on a signal output from the image pickup device.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ1の構成例を示す図である。カメラ1は、撮影光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮影光学系2は、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮影光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a
撮像素子3は、CMOSイメージセンサ、CCDイメージセンサ等の撮像素子である。撮像素子3は、撮影光学系2を通過した光束を受光し、撮影光学系2により形成される被写体像を撮像する。撮像素子3には、光電変換部を有する複数の画素が二次元状(行方向及び列方向)に配置される。光電変換部は、フォトダイオード(PD)によって構成される。撮像素子3は、受光した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を制御部4に出力する。
The
撮像素子3は、撮像画素とAF画素(焦点検出画素)とを有する。撮像画素は、画像生成に用いる信号を出力する。AF画素は、焦点検出に用いる信号を出力する。後述するが、AF画素は、撮像画素の一部に置換して配置され、撮像素子3の撮像面のほぼ全面に分散して配置される。なお、以下の説明では、単に画素と称する場合は、撮像画素およびAF画素のいずれか一方または両方を指す。
The
メモリ5は、メモリカード等の記録媒体である。メモリ5には、画像データ、制御プログラム等が記録される。メモリ5へのデータの書き込み、及びメモリ5からのデータの読み出しは、制御部4によって制御される。表示部6は、画像データに基づく画像、シャッター速度、絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部7は、レリーズボタン、電源スイッチ、各種モードを切り替えるためのスイッチ等の各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に基づく信号を制御部4へ出力する。
The
制御部4は、CPU、FPGA、ASIC等のプロセッサ、及びROM、RAM等のメモリによって構成され、制御プログラムに基づいてカメラ1の各部を制御する。制御部4は、撮像制御部4aと、画像データ生成部4bと、焦点検出部4cとを有する。
The
撮像制御部4aは、撮像素子3を制御する信号を撮像素子3に供給して、撮像素子3の動作を制御する。撮像制御部4aは、表示部6に被写体のスルー画像(ライブビュー画像)を表示する場合や、動画撮影を行う場合に、撮像素子3に所定周期のフレーム毎に繰り返し被写体像を撮像させて信号を出力させる。撮像制御部4aは、撮像素子3の画素を行単位で順次選択して、選択した画素から信号を読み出す、いわゆるローリングシャッタ方式の読み出し制御を行う。
The image
撮像制御部4aは、撮像素子3を制御して、AF画素が配置された画素の行(以下、AF画素行と称する)からの信号の読み出しと、AF画素が配置されていない画素の行(以下、撮像画素行と称する)からの信号の読み出しとを分けて行う処理を行う。また、撮像制御部4aは、AF画素行の信号読み出しと撮像画素行の信号読み出しとを分けて行わずに、画素行を順次選択して、各画素の信号を読み出す処理も行う。
The image
撮像制御部4aは、例えば、表示部6にスルー画像を表示する場合や動画撮影を行う場合に、AF画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う。また、撮像制御部4aは、高解像度の静止画撮影を行う場合には、AF画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行わずに、画素行を順次選択して信号を読み出す処理を行う。
The image
画像データ生成部4bは、撮像素子3の撮像画素から出力される信号に各種の画像処理を行って、画像データ(静止画像データ、動画像データ)を生成する。画像処理には、階調変換処理、色補間処理等の画像処理が含まれる。なお、画像データ生成部4bは、AF画素から出力される信号も用いて、画像データを生成するようにしてもよい。
The image
焦点検出部4cは、撮影光学系2の自動焦点調節(AF)に必要な焦点検出処理を行う。焦点検出部4cは、撮影光学系2による像が撮像素子3の撮像面上に合焦(結像)するためのフォーカスレンズの合焦位置(合焦位置までのフォーカスレンズの移動量)を検出する。焦点検出部4cは、撮像素子3の一対のAF画素(AF画素対)から出力される第1及び第2の信号を用いて、位相差検出方式によりデフォーカス量を算出する。
The
焦点検出部4cは、撮影光学系2の射出瞳の第1の領域を通過した第1の光束による像を撮像して生成した第1の信号と第2の領域を通過した第2の光束による像を撮像して生成した第2の信号とを相関演算して、像ズレ量を算出する。焦点検出部4cは、この像ズレ量を所定の換算式に基づきデフォーカス量に換算する。焦点検出部4cは、算出したデフォーカス量に基づいて、合焦位置までのフォーカスレンズの移動量を算出する。移動量に応じてフォーカスレンズが駆動されることにより、焦点調節が自動で行われる。このように、制御部4は、撮影光学系2による被写体の像が撮像素子3に合焦するようフォーカスレンズの位置を制御する。
The
図2は、第1の実施の形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。撮像素子3は、画素が二次元状(行方向及び列方向)に設けられた画素部(画素領域)100と、供給部30と、読み出し制御部40と、複数の処理部50(処理部50a~処理部50h)とを有する。撮像素子3の画素部100には、複数の撮像画素10及びAF画素13(13a、13b)が配置される。図2においては、左上隅の画素を第1行第1列の撮像画素10(1,1)とし、右下隅の画素を第16行第8列の撮像画素10(16,8)として、16行8列の計128個の画素を図示している。なお、撮像素子3に配置される画素の数及び配置は、図示した例に限られない。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the image pickup device according to the first embodiment. The
撮像画素10には、赤(R)、緑(G)、青(B)の異なる分光特性を有する3つのカラーフィルタ(色フィルタ)41のいずれかが設けられる。撮像画素10には、入射した光のうち第1の波長域の光(赤(R)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ41を有する画素(以下、R画素と称する)と、入射した光のうち第2の波長域の光(緑(G)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ41を有する画素(以下、G画素と称する)と、入射した光のうち第3の波長域の光(青(B)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ41を有する画素(以下、B画素と称する)とが含まれる。R画素10と、G画素10と、B画素10とは、ベイヤー配列に従って配置されている。
The
第1のAF画素13a及び第2のAF画素13bは、上述のようにベイヤー配列されたR、G、Bの撮像画素10の一部に置換して配置される。図2に示す例では、第1のAF画素13a及び第2のAF画素13bには、入射した光のうち第2の波長域の光(緑(G)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタ41が配置される。なお、第1及び第2のAF画素13a、13bの各々が有するカラーフィルタは、第1の波長域の光(赤(R)の光)または第3の波長域の光(青(B)の光)を分光する分光特性を有するカラーフィルタであってもよい。また、第1及び第2のAF画素13a、13bは、入射した光のうち第1及び第2及び第3の波長域の光を分光する分光特性を有するフィルタを有していてもよい。あるいは、第1及び第2のAF画素13a、13bには、カラーフィルタを配置しなくてもよい。
The first AF pixel 13a and the
第1のAF画素13a及び第2のAF画素13bは、それぞれ、光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部43を有する。第1のAF画素13aと第2のAF画素13bとは、その遮光部43の位置が異なる。第1のAF画素13a及び第2のAF画素13bの各々の遮光部43は、撮影光学系2の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光が光電変換部に入射するように配置される。これにより、第1のAF画素13aの光電変換部は、撮影光学系2の射出瞳の第1及び第2の領域のうちの第1の領域を通過した光束を受光する。第2のAF画素13bの光電変換部は、撮影光学系2の射出瞳の第1及び第2の領域のうちの第2の領域を通過した光束を受光する。
The first AF pixel 13a and the
撮像素子3は、図2に示すように、G画素10とB画素10とが左右方向、即ち行方向に交互に配置される画素群(第1の撮像画素行)401と、R画素10とG画素10とが行方向に交互に配置される画素群(第2の撮像画素行)402とを有する。また、撮像素子3は、G画素10と第1のAF画素13aとが行方向に交互に配置される画素群(第1のAF画素行)403aと、G画素10と第2のAF画素13bとが行方向に交互に配置される画素群(第2のAF画素行)403bとを有する。第1の撮像画素行401、第2の撮像画素行402、第1のAF画素行403a、及び第2のAF画素行403bは、それぞれ、上下方向、即ち列方向に複数配置される。
As shown in FIG. 2, the
撮像素子3では、水平方向(行方向)に配置された複数の画素10毎に、垂直信号線25が設けられる。垂直方向(列方向)に並んだ複数の画素の列である画素列に対して、垂直信号線25が設けられるともいえる。複数の垂直信号線25(図2では垂直信号線25a~垂直信号線25h)の各々に対して、後述する電流源と処理部50が設けられる。
In the
供給部30は、カメラ1の撮像制御部4aによって制御され、各画素に所定の電圧(電位)を供給する。後述するが、供給部30は、供給部35(図3参照)を介して、撮像画素10及びAF画素13に電源電圧VDDを供給する。
The
読み出し制御部40は、タイミングジェネレータを含む複数の回路により構成される。読み出し制御部40は、撮像制御部4aによって制御され、後述する信号TX、信号RST、信号SELなどの信号を各画素に供給して、各画素の動作を制御する。読み出し制御部40は、画素の各トランジスタのゲートに信号を供給して、トランジスタをオン状態(接続状態、導通状態、短絡状態)又はオフ状態(切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態)とする。各画素の信号は、その画素に接続された垂直信号線25に出力される。
The
処理部50は、アナログ/デジタル変換部(AD変換部)を含んで構成される。処理部50は、各画素から垂直信号線25を介して入力されるアナログ信号である画素の信号を、デジタル信号に変換する。なお、処理部50は、垂直信号線25を介して入力される画素の信号を所定のゲイン(増幅率)で増幅するアンプ部を有していてもよい。この場合、処理部50は、アンプ部により増幅された画素の信号をデジタル信号に変換するようにしてもよい。
The processing unit 50 includes an analog / digital conversion unit (AD conversion unit). The processing unit 50 converts a pixel signal, which is an analog signal input from each pixel via the
処理部50は、デジタル信号に変換された画素の信号を、不図示の信号処理部に出力する。信号処理部は、入力された画素の信号に対して、相関二重サンプリング、信号量を補正する処理等の信号処理を行った後に、処理後の信号を制御部4に出力する。
The processing unit 50 outputs a pixel signal converted into a digital signal to a signal processing unit (not shown). The signal processing unit performs signal processing such as correlation double sampling and processing for correcting the signal amount on the input pixel signal, and then outputs the processed signal to the
図3は、第1の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。各画素(AF画素13、撮像画素10)は、それぞれ光電変換部11と接続部12とを含んで構成される。列方向で隣り合う2つの画素のうち、一方の画素(AF画素13)は、光電変換部11aと接続部12aを有し、他方の画素(撮像画素10)は、光電変換部11bと接続部12bを有する。光電変換部11(11a、11b)は、フォトダイオードPDであり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a part of the image pickup device according to the first embodiment. Each pixel (
撮像素子3は、図3において破線20で示すように、隣り合う2つの画素がフローティングディフュージョン(FD)14と、接続部15と、増幅部16と、選択部17とを共有する構成となる。なお、本実施の形態にあっては、隣り合う2つの撮像画素10の回路構成は、図3に示すAF画素13及び撮像画素10の回路構成とそれぞれ同一である。図3に示す例では、接続部12a、接続部12b、及び接続部15は、それぞれ、接続および切断を切り替える切替部(スイッチ部)であるともいえる。
As shown by the
供給部35は、撮像素子3のうち、電源電圧VDDを接続部15及び増幅部16に供給(印加)する部分(配線、電極等)である。供給部35は、供給部30(図2参照)から電源電圧VDDが与えられる。なお、供給部35を供給部30の一部としてもよい。
The
接続部12aは、信号TX1により制御されるトランジスタM1aから構成され、光電変換部11aとFD14とを電気的に接続又は切断する。接続部12aは、転送部12aであり、光電変換部11aで光電変換された電荷をFD14に転送する。
The
接続部12bは、信号TX2により制御されるトランジスタM1bから構成され、光電変換部11bとFD14とを電気的に接続又は切断する。接続部12bは、転送部12bであり、光電変換部11bで光電変換された電荷をFD14に転送する。トランジスタM1a、M1bは、それぞれ転送トランジスタである。FD14の容量Cは、FD14に転送された電荷を蓄積(保持)して、容量値で除算した電圧に変換する。FD14は、蓄積部14であり、光電変換部11で生成された電荷を蓄積する。
The
増幅部16は、ゲート(端子)がFD14に接続されるトランジスタM3から構成され、FD14の容量Cに蓄積された電荷による信号を増幅して出力する。トランジスタM3のドレイン(端子)及びソース(端子)は、それぞれ、電源電圧VDDを供給する供給部35、選択部17に接続される。増幅部16は、電流源26を負荷電流源として、ソースフォロワ回路の一部として機能する。トランジスタM3は、増幅トランジスタである。増幅部16と選択部17とは、光電変換部11により生成された電荷に基づく信号を生成し出力する出力部を構成する。
The
接続部15は、信号RSTにより制御されるトランジスタM2から構成され、供給部35とFD14とを電気的に接続又は切断する。接続部15は、供給部35とFD14とを接続することによって、FD14により蓄積された電荷を供給部35に排出する。接続部15は、排出部(リセット部)15であり、FD14に蓄積された電荷を排出し、FD14の電圧をリセットする。トランジスタM2は、リセットトランジスタである。
The
選択部17は、信号SELにより制御されるトランジスタM4から構成され、増幅部16と垂直信号線25とを電気的に接続又は切断する。選択部17のトランジスタM4は、オン状態の場合に、増幅部16からの信号を垂直信号線25に出力する。トランジスタM4は、選択トランジスタである。
The
電流源26は、垂直信号線25を介して各画素に接続される。電流源26は、画素から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を垂直信号線25と各画素の増幅部16及び選択部17とに供給する。
The
撮像素子3では、画素の光電変換部11に蓄積された電荷の排出(リセット動作)と、画素から信号を読み出す動作(読み出し動作)とが行われる。図3に示すAF画素13に対するリセット動作では、転送部12aとFD14と接続部15を介して、光電変換部11aに蓄積された電荷が供給部35に排出される。撮像画素10に対するリセット動作では、転送部12bとFD14と接続部15を介して、光電変換部11bに蓄積された電荷が供給部35に排出される。
The
本実施の形態では、撮像制御部4aは、ローリングシャッタ方式の読み出し制御を行う。撮像素子3の撮像画素行およびAF画素行は、読み出し制御部40によって順次選択される。撮像素子3では、リセット動作と読み出し動作とが、例えば最上行から最下行に向かって行毎に走査しながら行われる。撮像制御部4aは、読み出し制御部40を制御して、全ての画素行を順次選択して各画素の信号を読み出す第1の読み出し処理と、AF画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う第2の読み出し処理とを行う。
In the present embodiment, the image
図4は、第1の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示す図であり、第1の読み出し処理を行って画素の信号を読み出す場合の動作例を示している。縦軸は、画素行を示し、横軸は、各画素行のリセット動作及び読み出し動作が行われるタイミング(時刻t)を示す。図4では、リセット動作及び読み出し動作が行われる画素行の遷移を模式的に示している。 FIG. 4 is a diagram showing an operation example of the image pickup device according to the first embodiment, and shows an operation example in the case where the first read-out process is performed to read out the pixel signal. The vertical axis indicates a pixel row, and the horizontal axis indicates the timing (time t) at which the reset operation and the read operation of each pixel row are performed. FIG. 4 schematically shows the transition of the pixel row in which the reset operation and the read operation are performed.
読み出し制御部40は、撮像制御部4aにより第1の読み出し処理が指示された場合、図4に示すように、画素行を順次選択して各画素から信号を出力させる。図2に示す例の場合、読み出し制御部40は、第1行目から第16行目に向かって、画素行を順次選択する。読み出し制御部40は、選択した画素行の各画素から信号を垂直信号線25に出力させる。以下に、第1の読み出し処理の場合の信号の読み出し方法の一例について説明する。
When the first readout process is instructed by the image
読み出し制御部40は、第1行目の第1の撮像画素行401の画素であるG画素10(1,1)~B画素10(1,8)の転送部12aをオン状態とする。また、読み出し制御部40は、第1行目以外の他の行の画素の転送部12(転送部12a、転送部12b)をオフ状態とする。これにより、第1行目のG画素10(1,1)~B画素10(1,8)において、それぞれの光電変換部11aで光電変換された電荷がFD14に転送される。第1行目のG画素10(1,1)~B画素10(1,8)の各々の信号は、各々の画素の選択部17を介して、それぞれ垂直信号線25a~垂直信号線25hに出力される。
The
読み出し制御部40は、第2行目の第2の撮像画素行402の画素であるR画素10(2,1)~G画素10(2,8)の転送部12bをオン状態とし、第2行目以外の他の行の画素の転送部12(転送部12a、転送部12b)をオフ状態とする。これにより、第2行目のR画素10(2,1)~G画素10(2,8)において、それぞれの光電変換部11bで光電変換された電荷がFD14に転送される。第2行目のR画素10(2,1)~G画素10(2,8)の各々の信号は、各々の画素の選択部17を介して、それぞれ垂直信号線25a~垂直信号線25hに出力される。
The
読み出し制御部40は、第3行目の第1のAF画素行403aの画素であるG画素10(3,1)~第1のAF画素13a(3,8)の転送部12aをオン状態とし、第3行目以外の他の行の画素の転送部12(転送部12a、転送部12b)をオフ状態とする。第3行目のG画素10(3,1)~第1のAF画素13a(3,8)において、それぞれの光電変換部11aで光電変換された電荷がFD14に転送される。第3行目のG画素10(3,1)~第1のAF画素13a(3,8)の各々の信号は、各々の画素の選択部17を介して、それぞれ垂直信号線25a~垂直信号線25hに出力される。また、同様に、読み出し制御部40は、第4行目以降の画素を、第4行、第5行、第6行、第7行の順に1行ずつ順次選択し、選択した各画素から信号を読み出す。
The
このように、第1の読み出し処理では、読み出し制御部40は、全ての画素行を順次選択し、各画素から信号を読み出す。垂直信号線25a~垂直信号線25hにそれぞれ出力される画素の信号は、それぞれ処理部50a~処理部50hによって信号処理が施された後に、制御部4に出力される。
As described above, in the first read processing, the
次に、撮像画素行の撮像画素10の信号を読み出す場合を例にして、上述した読み出し動作について更に説明する。図5は、第1の実施の形態に係る撮像素子の画素の読み出し動作の一例を示す図である。図5に示すタイミングチャートにおいて、横軸は時刻を示しており、撮像素子3の画素に入力される制御信号を示している。図5において、ハイレベル(例えば電源電圧VDD)の制御信号(信号SEL、信号RST、信号TX)が入力されるトランジスタはオン状態となり、ローレベル(例えば接地電圧)の制御信号が入力されるトランジスタはオフ状態となる。なお、図5に示す時刻t1以前において、図4に示したように読み出し動作の前のリセット動作が行われ、読み出し対象となる撮像画素行の各画素の光電変換部11に蓄積された電荷がリセットされる。
Next, the above-mentioned reading operation will be further described by taking as an example the case of reading the signal of the
図5に示す時刻t1では、信号RSTがハイレベルになる。信号RSTがハイレベルになることで、読み出し対象となる撮像画素行の撮像画素10とその撮像画素行の隣のAF画素行のAF画素13とで共有される接続部15のトランジスタM2がオン状態になる。接続部15がオン状態となることで、FD14と供給部35とが電気的に接続される。これにより、AF画素13及び撮像画素10で共有されるFD14の電荷がリセットされ、FD14の電圧がリセット電圧になる。
At time t1 shown in FIG. 5, the signal RST becomes high level. When the signal RST becomes high level, the transistor M2 of the
また、時刻t1において、信号SELがハイレベルになる。信号SELがハイレベルになることで、AF画素13及び撮像画素10で共有される選択部17のトランジスタM4がオン状態になる。これにより、撮像画素10のリセット電圧に基づく信号、即ち撮像画素10のFD14の電荷をリセットした後の信号が、増幅部16及び選択部17により垂直信号線25に出力される。撮像画素10のリセット電圧に基づく信号は、ダーク信号として、垂直信号線25を介して処理部50に入力される。ダーク信号は、リセット電圧に基づくアナログ信号であり、処理部50によってデジタル信号に変換される。
Further, at time t1, the signal SEL becomes high level. When the signal SEL becomes high level, the transistor M4 of the
時刻t2では、信号TX2がハイレベルになる。信号TX2がハイレベルになることで、撮像画素10において、転送部12bのトランジスタM1bがオン状態になり、光電変換部11bとFD14とが電気的に接続される。これにより、光電変換部11bで光電変換された電荷がFD14に転送される。また、信号SELがハイレベルであるため、FD14に転送された電荷に応じた信号、即ち撮像画素10の光電変換部11bで生成された電荷に基づく信号(画素信号)が、増幅部16及び選択部17によって垂直信号線25に出力される。撮像画素10の画素信号は、垂直信号線25を介して処理部50に入力される。画素信号は、光電変換部11によって光電変換された電荷に基づいて生成されるアナログ信号であり、処理部50によってデジタル信号に変換される。時刻t3では、信号SELがローレベルになり、選択部17のトランジスタM4がオフ状態になる。
At time t2, the signal TX2 becomes high level. When the signal TX2 becomes high level, the transistor M1b of the
処理部50は、デジタル信号に変換されたダーク信号と画素信号とを用いて相関二重サンプリング等の信号処理を行う。撮像画素10の画素信号は、相関二重サンプリング等の信号処理が処理部50によって施された後に、カメラ1の制御部4に出力される。なお、第1のAF画素13aの画素信号及び第2のAF画素13bの画素信号は、処理部50による信号処理が施された後に、一対の信号(第1及び第2の信号)として制御部4に出力される。
The processing unit 50 performs signal processing such as correlation double sampling using the dark signal converted into a digital signal and the pixel signal. The pixel signal of the
図6は、第1の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示す図であり、第2の読み出し処理を行って画素の信号を読み出す場合の動作例を示している。縦軸は、画素行を示し、横軸は、各画素行のリセット動作及び読み出し動作が行われるタイミング(時刻t)を示す。図6では、リセット動作及び読み出し動作が行われる画素行の遷移を模式的に示している。 FIG. 6 is a diagram showing an operation example of the image pickup device according to the first embodiment, and shows an operation example in the case where the second read-out process is performed to read out the pixel signal. The vertical axis indicates a pixel row, and the horizontal axis indicates the timing (time t) at which the reset operation and the read operation of each pixel row are performed. FIG. 6 schematically shows the transition of the pixel row in which the reset operation and the read operation are performed.
読み出し制御部40は、撮像制御部4aにより第2の読み出し処理が指示された場合、AF画素行の各画素の信号の読み出しと撮像画素行の各画素の信号の読み出しとを分けて行う。読み出し制御部40は、図6に示すように、撮像画素行のリセット動作及び読み出し動作を行うと共に、AF画素行のリセット動作及び読み出し動作を行う。
When the second readout process is instructed by the image
AF画素行(第1のAF画素行403a、第2のAF画素行403b)から信号の読み出しを行う場合、読み出し制御部40は、撮像素子3の複数のAF画素行を最上行から最下行に向かって順次選択して、各画素の信号を読み出す。撮像画素行(第1の撮像画素行401、第2の撮像画素行402)から信号の読み出しを行う場合、読み出し制御部40は、撮像素子3の複数の撮像画素行を最上行から最下行に向かって順次選択して、各画素の信号を読み出す。なお、本実施の形態では、図2に模式的に示すように、AF画素行の数は撮像画素行の数よりも少ない。図6に示す例では、リセット動作及び読み出し動作が行われるAF画素行の総数が、リセット動作及び読み出し動作が行われる撮像画素行の総数よりも少なく、撮像画素行の場合よりもAF画素行の場合の方が、走査に要する時間が短くなっている。
When reading a signal from the AF pixel row (first
このように、第2の読み出し処理では、AF画素行の各画素の信号が撮像画素行の各画素の信号とは別に読み出されるため、焦点検出に用いる信号を効率的に得ることができ、AFのための信号処理の負担を軽減することができる。なお、読み出し制御部40は、第2の読み出し処理が指示された場合に、撮像画素行よりも先にAF画素行の各画素から信号を読み出すようにしてもよい。この場合、AF画素対の第1及び第2の信号を高速に読み出すことができ、焦点調節に要する時間を短縮することができる。また、読み出し制御部40は、AF画素行よりも先に撮像画素行の各画素から信号を読み出すようにしてもよい。
As described above, in the second readout process, the signal of each pixel in the AF pixel row is read out separately from the signal of each pixel in the image pickup pixel row, so that the signal used for focus detection can be efficiently obtained, and AF can be obtained. It is possible to reduce the burden of signal processing for. The
図6に示す例では、点線で示した枠G1内において、撮像画素行の読み出し動作が行われるタイミングと、その撮像画素行の隣のAF画素行のリセット動作が行われるタイミングとが同時になる場合が生じている。また、点線の枠G2内においては、AF画素行の読み出し動作が行われるタイミングと、そのAF画素行の隣の撮像画素行のリセット動作が行われるタイミングとが同時になる場合が生じている。 In the example shown in FIG. 6, in the frame G1 shown by the dotted line, the timing at which the image pickup pixel row is read out and the timing at which the AF pixel row adjacent to the image pickup pixel row is reset are simultaneously performed. Has occurred. Further, within the dotted line frame G2, the timing at which the AF pixel row reading operation is performed and the timing at which the imaging pixel row adjacent to the AF pixel row is reset may occur at the same time.
点線の枠G1内の期間において、読み出し制御部40は、リセット電圧に基づく信号(ダーク信号)の読み出しのために、読み出し対象となる撮像画素行の各画素の接続部15をオン状態とする。読み出し対象の撮像画素行の各画素において、撮像画素行の画素とその撮像画素行の隣のAF画素行の画素とで共有される接続部15がオン状態となる。接続部15がオン状態になることで、FD14と供給部35とが電気的に接続される。これにより、撮像画素行の各画素において、FD14の電荷が供給部35に排出される。
During the period within the dotted line frame G1, the
読み出し制御部40は、ダーク信号の読み出しのために撮像画素行の各画素の接続部15がオン状態である間に、その撮像画素行の隣のAF画素行の各画素の転送部12をオン状態とする。AF画素行の画素の転送部12と接続部15とが共にオン状態になることで、AF画素行の画素の光電変換部11とFD14と供給部35とが電気的に接続される。これにより、AF画素行の各画素において、光電変換部11の電荷が供給部35に排出され、光電変換部11の電圧がリセットされる。このように、撮像画素行の読み出し動作に並行して、その撮像画素行の隣のAF画素行の各画素の光電変換部11の電荷を排出するリセット動作が行われる。
The
AF画素行の各画素において光電変換部11の電荷の排出が行われた後、読み出し制御部40は、AF画素行の各画素の転送部12をオフ状態とする。読み出し対象の撮像画素行の画素とAF画素行の画素とで共有される接続部15はオン状態であるため、FD14の電圧はリセットされた状態である。読み出し対象の撮像画素行の画素とAF画素行の画素とで共有される選択部17がオン状態の場合、撮像画素行の各画素のリセット電圧に基づくダーク信号は、各々の画素の選択部17を介して、その画素に接続された垂直信号線25に出力される。
After the charge of the photoelectric conversion unit 11 is discharged in each pixel of the AF pixel row, the
撮像画素行の各画素のダーク信号の読み出しが行われた後、読み出し制御部40は、撮像画素行の各画素の転送部12をオン状態とする。撮像画素行の各画素において、それぞれの光電変換部11で光電変換された電荷がFD14に転送される。撮像画素行の各画素の画素信号は、各々の画素の選択部17を介して、その画素に接続された垂直信号線25に出力される。
After the dark signal of each pixel in the image pickup pixel row is read out, the
上述のように、読み出し制御部40は、ダーク信号の読み出しのために接続部15がオン状態となる期間内に、AF画素行の画素の転送部12をオン状態として、転送部12及び接続部15によってAF画素行の画素の光電変換部11と供給部35とを接続させる。これにより、AF画素行の各画素において、光電変換部11に蓄積された電荷が供給部35に排出され、光電変換部11の電圧がリセットされる。このように、本実施の形態に係る撮像素子3は、撮像画素行の読み出し動作が行われる期間においても、その撮像画素行の隣のAF画素行に対するリセット動作を行うことができる。
As described above, the
点線の枠G2内の期間では、読み出し制御部40は、ダーク信号の読み出しのために、読み出し対象となるAF画素行の各画素の接続部15をオン状態とする。読み出し対象のAF画素行の各画素において、AF画素行の画素とそのAF画素行の隣の撮像画素行の画素とで共有される接続部15がオン状態となる。これにより、AF画素行の各画素において、FD14の電荷が供給部35に排出される。
During the period within the dotted line frame G2, the
読み出し制御部40は、ダーク信号の読み出しのためにAF画素行の各画素の接続部15がオン状態である間に、そのAF画素行の隣の撮像画素行の各画素の転送部12をオン状態とする。撮像画素行の画素の転送部12と接続部15とが共にオン状態になることで、撮像画素行の画素の光電変換部11とFD14と供給部35とが電気的に接続される。これにより、撮像画素行の各画素において、光電変換部11の電荷が供給部35に排出され、光電変換部11の電圧がリセットされる。このように、AF画素行の読み出し動作に並行して、そのAF画素行の隣の撮像画素行の各画素の光電変換部11の電荷を排出するリセット動作が行われる。
The
撮像画素行の各画素において光電変換部11の電荷の排出が行われた後、読み出し制御部40は、撮像画素行の各画素の転送部12をオフ状態とする。読み出し対象のAF画素行の画素と撮像画素行の画素とで共有される接続部15はオン状態であるため、FD14の電圧はリセットされた状態である。読み出し対象のAF画素行の画素と撮像画素行の画素とで共有される選択部17がオン状態の場合、AF画素行の各画素のダーク信号は、各々の画素の選択部17を介して、その画素に接続された垂直信号線25に出力される。
After the charge of the photoelectric conversion unit 11 is discharged in each pixel of the image pickup pixel row, the
AF画素行の各画素のダーク信号の読み出しが行われた後、読み出し制御部40は、AF画素行の各画素の転送部12をオン状態とする。AF画素行の各画素において、それぞれの光電変換部11で光電変換された電荷がFD14に転送される。AF画素行の各画素の画素信号は、各々の画素の選択部17を介して、その画素に接続された垂直信号線25に出力される。
After the dark signal of each pixel in the AF pixel row is read out, the
上述のように、読み出し制御部40は、ダーク信号の読み出しのために接続部15がオン状態となる期間内に、撮像画素行の画素の転送部12をオン状態として、転送部12及び接続部15によって撮像画素行の画素の光電変換部11と供給部35とを接続させる。これにより、撮像画素行の各画素において、光電変換部11に蓄積された電荷が供給部35に排出され、光電変換部11の電圧がリセットされる。このように、本実施の形態に係る撮像素子3は、AF画素行の読み出し動作が行われる期間においても、そのAF画素行の隣の撮像画素行に対するリセット動作を行うことができる。
As described above, the
光電変換部11a(又は11b)に蓄積された電荷の排出を行う場合、転送部12a(又は12b)とFD14と接続部15を介して、光電変換部11a(又は11b)に蓄積された電荷を供給部35に排出する必要がある。また、画素の信号の読み出しを行う場合、転送部12b(又は12a)を介して、光電変換部11b(又は11a)で光電変換された電荷がFD14に転送される。このため、FD14を共有する隣り合う2つの画素のうちの一方の画素のリセット動作と他方の画素の読み出し動作とを同時に行おうとすると、光電変換部11a、11bの各々で生成された電荷が混合されてしまったり、読み出し対象となる画素の光電変換部11からFD14に転送された電荷が供給部35に排出されてしまったりするおそれがある。読み出し動作とリセット動作との衝突が生じるともいえる。この場合、読み出し対象となる画素の光電変換部11で光電変換された電荷に応じた信号を適切に読み出すことができなくなる。
When discharging the electric charge accumulated in the
しかし、本実施の形態では、読み出し制御部40は、隣り合う2つの画素のうち一方の画素のダーク信号の読み出しのために接続部15をオン状態としている間に、他方の画素の転送部12をオン状態として、他方の画素の光電変換部11に蓄積された電荷の排出を行う。このため、隣り合う2つの画素の転送部12a及び転送部12bが共にオン状態となって、読み出し対象の画素の光電変換部11で生成された電荷に影響を与えることを防ぐことができる。
However, in the present embodiment, the
また、他方の画素の光電変換部11に蓄積された電荷の排出が行われた後、読み出し制御部40は、他方の画素の転送部12をオフ状態とした後に接続部15をオフ状態とする。この場合、他方の画素の光電変換部11とFD14とが電気的に切断された後に、FD14と供給部35とが電気的に切断される。これにより、他方の画素の転送部12及び接続部15のオン状態からオフ状態への切り替えに起因して生じるフィードスルーのFD14への影響を低減することが可能となる。転送部12に入力される信号TXの信号レベルの変化の影響を受けてFD14の電圧が変動することを抑制し、ダーク信号へのノイズの混入を抑制することができる。なお、読み出し制御部40は、必ずしも他方の画素の転送部12をオフ状態とした後に接続部15をオフ状態とする必要はなく、他方の画素の転送部12と接続部15とを同時にオフ状態としてもよい。
Further, after the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 11 of the other pixel is discharged, the
このように、本実施の形態では、FD14を共有する構成となる隣り合う画素のうち、一方の画素の読み出し動作が行われるタイミングと他方の画素のリセット動作が行われるタイミングとが同時となっても、画素の信号の品質が低下することを抑制することが可能となる。撮像素子3は、読み出し動作とリセット動作との衝突を回避することができ、読み出し対象となる画素の光電変換部11で光電変換された電荷に応じた信号を適切に読み出すことができる。
As described above, in the present embodiment, among the adjacent pixels having the configuration of sharing the FD14, the timing at which the reading operation of one pixel is performed and the timing at which the reset operation of the other pixel is performed coincide with each other. However, it is possible to suppress the deterioration of the signal quality of the pixels. The
撮像素子3は、隣り合う2つの画素のうち一方の画素の信号の読み出しのためのFD14の電荷の排出と、他方の画素の光電変換部11に蓄積された電荷の排出とを、同時に(並列に)行うことができる。このため、撮像素子3は、一方の画素の信号の読み出しと他方の画素の電荷の排出とを別々の期間で行う場合と比較して、画素の信号の読み出し及び画素の電荷の排出に要する時間を短縮することができる。撮影のフレームレートが低下することを防ぐことができる。
The
図7は、図6の点線枠G1内の期間における撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。図7は、読み出し対象となる撮像画素行の各画素と、その撮像画素行の隣のAF画素行の各画素とに入力される制御信号を示している。図7に示すタイミングチャートにおいて、縦軸は信号の電圧レベルを示し、横軸は時刻を示している。図7において、ハイレベル(例えば電源電圧VDD)の制御信号(信号SEL、信号RST、信号TX)が入力されるトランジスタはオン状態となり、ローレベル(例えば接地電圧)の制御信号が入力されるトランジスタはオフ状態となる。以下では、図3に示すAF画素行のAF画素13と撮像画素行の撮像画素10を例にして、図6の点線枠G1内の期間における撮像素子3の動作例について説明する。
FIG. 7 is a timing chart showing an operation example of the image pickup device during the period in the dotted line frame G1 of FIG. FIG. 7 shows a control signal input to each pixel of the image pickup pixel row to be read out and each pixel of the AF pixel row adjacent to the image pickup pixel row. In the timing chart shown in FIG. 7, the vertical axis indicates the voltage level of the signal, and the horizontal axis indicates the time. In FIG. 7, a transistor to which a high level (for example, power supply voltage VDD) control signal (signal SEL, signal RST, signal TX) is input is turned on, and a transistor to which a low level (for example, ground voltage) control signal is input. Is turned off. Hereinafter, an operation example of the
図7に示す時刻t10では、信号RSTがハイレベルであるため、読み出し対象となる撮像画素行の撮像画素10とその撮像画素行の隣のAF画素行のAF画素13とで共有される接続部15のトランジスタM2がオン状態である。時刻t11では、信号TX1がハイレベルになることで、転送部12aのトランジスタM1aがオン状態になる。信号RST及び信号TX1が共にハイレベルであるため、供給部35とFD14と光電変換部11aとが電気的に接続される。これにより、AF画素13の光電変換部11aの電荷が排出され、光電変換部11aの電圧がリセットされる。
Since the signal RST is at a high level at the time t10 shown in FIG. 7, the connection portion shared by the
時刻t12において、信号TX1がローレベルになることで、転送部12aのトランジスタM1aがオフ状態になる。信号RSTがハイレベルであるため、撮像画素10及びAF画素13で共有されるFD14の電荷はリセットされる。
At time t12, when the signal TX1 becomes low level, the transistor M1a of the
時刻t13では、信号SELがハイレベルになる。信号SELがハイレベルになることで、撮像画素10及びAF画素13で共有される選択部17のトランジスタM4がオン状態になる。撮像画素10のリセット電圧に基づく信号、即ち撮像画素10のFD14の電荷をリセットした後の信号(ダーク信号)は、増幅部16及び選択部17により垂直信号線25に出力される。撮像画素10のダーク信号は、垂直信号線25を介して処理部50に入力され、デジタル信号に変換される。
At time t13, the signal SEL becomes high level. When the signal SEL becomes high level, the transistor M4 of the
時刻t14において、信号TX2がハイレベルになる。信号TX2がハイレベルになることで、撮像画素10において、転送部12bのトランジスタM1bがオン状態になり、光電変換部11bとFD14とが電気的に接続される。これにより、光電変換部11bで光電変換された電荷がFD14に転送される。また、信号SELがハイレベルであるため、撮像画素10の光電変換部11bで生成された電荷に基づく画素信号が、増幅部16及び選択部17によって垂直信号線25に出力される。撮像画素10の画素信号は、垂直信号線25を介して処理部50に入力され、デジタル信号に変換される。処理部50は、デジタル信号に変換されたダーク信号と画素信号とを用いて相関二重サンプリング等の信号処理を行った後に、処理後の信号を制御部4に出力する。
At time t14, the signal TX2 goes high. When the signal TX2 becomes high level, the transistor M1b of the
図8は、図6の点線枠G2内の期間における撮像素子の動作例を示すタイミングチャートである。図8は、読み出し対象となるAF画素行の各画素と、そのAF画素行の隣の撮像画素行の各画素とに入力される制御信号を示している。以下では、図3に示すAF画素行のAF画素13と撮像画素行の撮像画素10を例にして、図6の点線枠G2内の期間における撮像素子3の動作例について説明する。
FIG. 8 is a timing chart showing an operation example of the image pickup device during the period in the dotted line frame G2 of FIG. FIG. 8 shows a control signal input to each pixel of the AF pixel row to be read out and each pixel of the image pickup pixel row adjacent to the AF pixel row. Hereinafter, an operation example of the
図8に示す時刻t20では、信号RSTがハイレベルであるため、読み出し対象となるAF画素行のAF画素13とそのAF画素行の隣の撮像画素行の撮像画素10とで共有される接続部15のトランジスタM2がオン状態である。時刻t21では、信号TX2がハイレベルになることで、転送部12bのトランジスタM1bがオン状態になる。信号RST及び信号TX2が共にハイレベルであるため、供給部35とFD14と光電変換部11bとが電気的に接続される。これにより、撮像画素10の光電変換部11bの電荷が排出され、光電変換部11bの電圧がリセットされる。
At time t20 shown in FIG. 8, since the signal RST is at a high level, the connection portion shared by the
時刻t22において、信号TX2がローレベルになることで、転送部12bのトランジスタM1bがオフ状態になる。信号RSTがハイレベルであるため、AF画素13及び撮像画素10で共有されるFD14の電荷はリセットされる。
At time t22, when the signal TX2 becomes low level, the transistor M1b of the
時刻t23では、信号SELがハイレベルになる。信号SELがハイレベルになることで、AF画素13及び撮像画素10で共有される選択部17のトランジスタM4がオン状態になる。AF画素13のリセット電圧に基づく信号、即ちAF画素13のFD14の電荷をリセットした後の信号(ダーク信号)は、増幅部16及び選択部17により垂直信号線25に出力される。AF画素13のダーク信号は、垂直信号線25を介して処理部50に入力され、デジタル信号に変換される。
At time t23, the signal SEL becomes high level. When the signal SEL becomes high level, the transistor M4 of the
時刻t24において、信号TX1がハイレベルになる。信号TX1がハイレベルになることで、AF画素13において、転送部12aのトランジスタM1aがオン状態になり、光電変換部11aとFD14とが電気的に接続される。これにより、光電変換部11aで光電変換された電荷がFD14に転送される。また、信号SELがハイレベルであるため、AF画素13の光電変換部11aで生成された電荷に基づく画素信号が、増幅部16及び選択部17によって垂直信号線25に出力される。AF画素13の画素信号は、垂直信号線25を介して処理部50に入力され、デジタル信号に変換される。処理部50は、デジタル信号に変換されたダーク信号と画素信号とを用いて相関二重サンプリング等の信号処理を行った後に、処理後の信号を制御部4に出力する。
At time t24, the signal TX1 becomes high level. When the signal TX1 becomes high level, the transistor M1a of the
このように、本実施の形態では、撮像素子3は、2つの画素のうち一方の画素の信号の読み出しのためにFD14の電荷の排出を行う期間中に、他方の画素の光電変換部11に蓄積された電荷の排出を行うことができる。読み出し動作とリセット動作との衝突が生じることを防ぐことができ、読み出し動作によって読み出される画素の信号の品質が低下することを抑制することができる。画素の信号を用いた焦点検出の精度が低下することを防ぐことができる。
As described above, in the present embodiment, the
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)撮像素子3は、光を光電変換して電荷を生成する第1光電変換部11aおよび第2光電変換部11bと、第1光電変換部11aまたは第2光電変換部11bで生成された電荷を蓄積する蓄積部14と、第1光電変換部11aで生成された電荷を蓄積部14に転送する第1転送部12aと、第2光電変換部11bで生成された電荷を蓄積部14に転送する第2転送部12bと、蓄積部14と所定の電圧を供給する供給部35とを接続可能な接続部15と、第1転送部12aにより第1光電変換部11aと蓄積部14とを接続させ、接続部15により蓄積部14と供給部35とを接続させた後に、第1転送部12aにより第1光電変換部11aと蓄積部14とを切断させ、接続部15により蓄積部14と供給部35とを切断させ、第2転送部12bにより第2光電変換部11bと蓄積部14とを接続させる第1制御を行う制御部(読み出し制御部40)と、を備える。このようにしたので、本実施の形態に係る撮像素子3は、光電変換部11aの電荷の排出とFD14の電荷の排出とを並行して行った後、光電変換部11bで生成された電荷に基づく信号の読み出しを行うことができる。読み出し動作とリセット動作との衝突を回避することができ、画素の信号の品質が低下することを抑制することができる。
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The
(2)制御部は、第1制御において、第1光電変換部11aと蓄積部14とを切断させた後に、蓄積部14と供給部35とを切断させる。このようにしたので、FD14へのフィードスルーの影響を低減することができる。このため、画素の信号にノイズが混入することを抑制することができる。
(2) In the first control, the control unit disconnects the first
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)
図9は、変形例1に係る撮像素子の一部の構成例を示す図である。本変形例に係る撮像素子3は、図9において破線20で示すように、隣り合う2つの画素がFD14と、接続部15と、増幅部16と、選択部17(第1の選択部17a、第2の選択部17b)とを共有する構成となる。
(Modification 1)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a part of the image pickup device according to the modified example 1. In the
第1の選択部17aは、信号SELaにより制御されるトランジスタM4aから構成され、増幅部16と第1の垂直信号線25aとを電気的に接続又は切断する。第1の選択部17aのトランジスタM4aは、オン状態の場合に、増幅部16からの信号を第1の垂直信号線25aに出力する。第2の選択部17bは、信号SELbにより制御されるトランジスタM4bから構成され、増幅部16と第2の垂直信号線25bとを電気的に接続又は切断する。第2の選択部17bのトランジスタM4bは、オン状態の場合に、増幅部16からの信号を第2の垂直信号線25bに出力する。
The
第1の電流源26aは、第1の垂直信号線25aを介して各画素に接続される。第1の電流源26aは、画素から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を第1の垂直信号線25aと各画素の増幅部16及び第1の選択部17aとに供給する。第2の電流源26bは、第2の垂直信号線25bを介して各画素に接続される。第2の電流源26bは、画素から信号を読み出すための電流を生成し、生成した電流を第2の垂直信号線25bと各画素の増幅部16及び第2の選択部17bとに供給する。
The first
読み出し制御部40は、第1の選択部17aをオン状態とすることにより、画素の信号を第1の垂直信号線25aに出力させることができる。読み出し制御部40は、第2の選択部17bをオン状態とすることで、画素の信号を第2の垂直信号線25bに出力させることもできる。第1の垂直信号線25a又は第2の垂直信号線25bに出力された画素の信号は、処理部50による信号処理が施された後に、カメラ1の制御部4に出力される。
The
読み出し制御部40は、二つの行のうち一方の行の各画素の第1の選択部17aをオン状態とすると共に、他方の行の各画素の第2の選択部17bをオン状態とするようにしてもよい。この場合、二つの行のうち一方の行の画素の信号は第1の垂直信号線25aに出力され、他方の行の画素の信号は第2の垂直信号線25bに出力される。このため、読み出し制御部40は、2行分の画素の信号の読み出しを同時に行うことができ、2行毎に画素行を順次に選択して画素の信号を読み出すことができる。
The
図9に示す例では、読み出し制御部40は、例えば、第3行目のAF画素行のリセット動作及び第4行目の撮像画素行の読み出し動作を行うと共に、第5行目の撮像画素行の読み出し動作及び第6行目の撮像画素行のリセット動作を行うようにしてもよい。読み出し制御部40は、第3行目及び第4行目の画素で共有される接続部15がオン状態である間に第3行目の画素の転送部12aをオン状態とすると共に、第5行目及び第6行目の画素で共有される接続部15がオン状態である間に第6行目の画素の転送部12bをオン状態とする。第3行目の画素の光電変換部11aの電荷が供給部35に排出され、第6行目の画素の光電変換部11bの電荷が供給部35に排出される。
In the example shown in FIG. 9, the
その後、読み出し制御部40は、第3行目の画素の転送部12aをオフ状態とすると共に、第6行目の画素の転送部12bをオフ状態とする。第3行目及び第4行目の画素で共有される接続部15はオン状態であるため、第3行目及び第4行目の画素で共有されるFD14の電圧はリセットされる。また、第5行目及び第6行目の画素で共有される接続部15はオン状態であるため、第5行目及び第6行目の画素で共有されるFD14の電圧はリセットされる。第4行目の画素のダーク信号は、例えば、第1の選択部17aを介して、第1の垂直信号線25aに出力される。第5行目の画素のダーク信号は、例えば、第2の選択部17bを介して、第2の垂直信号線25bに出力される。
After that, the
第4行目及び第5行目の各画素のダーク信号の読み出しが行われた後、読み出し制御部40は、第4行目の画素の転送部12bをオン状態とすると共に、第5行目の画素の転送部12aをオン状態とする。第4行目及び第5行目の各画素において、それぞれの光電変換部11で光電変換された電荷がFD14に転送される。第4行目の画素の画素信号は、第1の選択部17aを介して、第1の垂直信号線25aに出力される。第5行目の画素の画素信号は、第2の選択部17bを介して、第2の垂直信号線25bに出力される。
After the dark signal of each pixel of the 4th row and the 5th row is read out, the
(変形例2)
上述した実施の形態では、隣り合う2つの画素がFD14及び増幅部16等を共有する構成とする例について説明したが、画素の構成はこれに限らない。3つの画素、又はそれ以上の画素で、FD14等を共有する構成としても良い。例えば、4つの画素でFD14等を共有する構成としても良い。
(Modification 2)
In the above-described embodiment, an example in which two adjacent pixels share the FD14, the
(変形例3)
上述した実施の形態では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜(有機光電膜)を用いるようにしてもよい。
(Modification 3)
In the above-described embodiment, an example in which a photodiode is used as the photoelectric conversion unit has been described. However, a photoelectric conversion film (organic photoelectric film) may be used as the photoelectric conversion unit.
(変形例4)
上述した実施の形態では、撮像素子3に、原色系(RGB)のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系(CMY)のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。
(Modification example 4)
In the above-described embodiment, the case where the primary color system (RGB) color filter is used for the
(変形例5)
上述の実施の形態及び変形例で説明した撮像素子及び撮像装置は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
(Modification 5)
The image pickup element and image pickup device described in the above-described embodiments and modifications are applied to cameras, smartphones, tablets, cameras built into PCs, in-vehicle cameras, cameras mounted on unmanned aerial vehicles (drones, radio-controlled models, etc.), and the like. May be done.
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1…撮像装置、3…撮像素子、4a…撮像制御部、4b…画像データ生成部、10…撮像画素、11…光電変換部、12…転送部、13…AF画素、14…蓄積部、15…接続部、25…垂直信号線、30,35…供給部、40…読み出し制御部、43…遮光部 1 ... image pickup device, 3 ... image sensor, 4a ... image pickup control unit, 4b ... image data generation unit, 10 ... image pickup pixel, 11 ... photoelectric conversion unit, 12 ... transfer unit, 13 ... AF pixel, 14 ... storage unit, 15 ... Connection unit, 25 ... Vertical signal line, 30, 35 ... Supply unit, 40 ... Read control unit, 43 ... Shading unit
Claims (7)
前記第1光電変換部または前記第2光電変換部で生成された電荷を蓄積する蓄積部と、
前記第1光電変換部で生成された電荷を前記蓄積部に転送する第1転送部と、
前記第2光電変換部で生成された電荷を前記蓄積部に転送する第2転送部と、
前記蓄積部と所定の電圧を供給する供給部とを接続可能な接続部と、
前記第1転送部により前記第1光電変換部と前記蓄積部とを接続させ、前記接続部により前記蓄積部と前記供給部とを接続させた後に、前記第1転送部により前記第1光電変換部と前記蓄積部とを切断させ、前記接続部により前記蓄積部と前記供給部とを切断させ、前記第2転送部により前記第2光電変換部と前記蓄積部とを接続させる第1制御を行う制御部と、
を備える撮像素子。 The first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit that photoelectrically convert light to generate electric charges, and
The storage unit that stores the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit or the second photoelectric conversion unit, and the storage unit.
A first transfer unit that transfers the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit to the storage unit, and
A second transfer unit that transfers the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit to the storage unit, and
A connection unit that can connect the storage unit and the supply unit that supplies a predetermined voltage,
The first photoelectric conversion unit and the storage unit are connected by the first transfer unit, the storage unit and the supply unit are connected by the connection unit, and then the first photoelectric conversion unit is connected by the first transfer unit. The first control is to disconnect the unit and the storage unit, disconnect the storage unit and the supply unit by the connection unit, and connect the second photoelectric conversion unit and the storage unit by the second transfer unit. Control unit to perform and
An image sensor comprising.
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1光電変換部と前記蓄積部とを切断させた後に、前記蓄積部と前記供給部とを切断させる撮像素子。 In the image pickup device according to claim 1,
The control unit is an image pickup device that disconnects the storage unit and the supply unit after disconnecting the first photoelectric conversion unit and the storage unit in the first control.
前記制御部は、前記第2転送部により前記第2光電変換部と前記蓄積部とを接続させ、前記接続部により前記蓄積部と前記供給部とを接続させた後に、前記第2転送部により前記第2光電変換部と前記蓄積部とを切断させ、前記接続部により前記蓄積部と前記供給部とを切断させ、前記第1転送部により前記第1光電変換部と前記蓄積部とを接続させる第2制御を行う撮像素子。 In the image pickup device according to claim 1 or 2.
The control unit connects the second photoelectric conversion unit and the storage unit by the second transfer unit, connects the storage unit and the supply unit by the connection unit, and then uses the second transfer unit. The second photoelectric conversion unit and the storage unit are disconnected, the storage unit and the supply unit are disconnected by the connection unit, and the first photoelectric conversion unit and the storage unit are connected by the first transfer unit. An image sensor that performs the second control to make the sensor.
前記制御部は、前記第2制御において、前記第2光電変換部と前記蓄積部とを切断させた後に、前記蓄積部と前記供給部とを切断させる撮像素子。 In the image pickup device according to claim 3,
The control unit is an image pickup device that disconnects the storage unit and the supply unit after disconnecting the second photoelectric conversion unit and the storage unit in the second control.
前記第1光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部を有する撮像素子。 The image pickup device according to any one of claims 1 to 4.
An image pickup device having a light-shielding unit that shields a part of light incident on the first photoelectric conversion unit.
前記蓄積部は第1蓄積部であり、
前記接続部は第1接続部であり、
光を光電変換して電荷を生成する第3光電変換部および前記第3光電変換部で生成された電荷を転送する第3転送部と、
光を光電変換して電荷を生成する第4光電変換部および前記第4光電変換部で生成された電荷を転送する第4転送部と、
前記第3光電変換部と前記第3転送部を介して接続され、前記第4光電変換部と前記第4転送部を介して接続され、前記第3光電変換部または前記第4光電変換部から転送される電荷を蓄積する第2蓄積部と、
前記第2蓄積部と前記供給部とを接続する第2接続部と、を備え、
前記第1光電変換部と前記第2光電変換部と前記第3光電変換部と前記第4光電変換部は、第1方向に配置され、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1接続部により前記第1蓄積部と前記供給部とを接続させ、前記第2接続部により前記第2蓄積部と前記供給部とを接続させた後に、前記第1接続部により前記第1蓄積部と前記供給部とを切断させ、前記第2接続部により前記第2蓄積部と前記供給部とを切断させ、前記第2転送部により前記第2光電変換部と前記第1蓄積部とを接続させ、前記第3転送部により前記第3光電変換部と前記第2蓄積部とを接続させる撮像素子。 In the image pickup device according to claim 5,
The storage unit is the first storage unit.
The connection portion is a first connection portion.
A third photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light to generate electric charges, a third transfer unit that transfers charges generated by the third photoelectric conversion unit, and a third transfer unit.
A fourth photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light to generate electric charges, a fourth transfer unit that transfers charges generated by the fourth photoelectric conversion unit, and a fourth transfer unit.
The third photoelectric conversion unit is connected via the third transfer unit, the fourth photoelectric conversion unit is connected via the fourth transfer unit, and the third photoelectric conversion unit or the fourth photoelectric conversion unit is connected. A second storage unit that stores the transferred charge,
A second connection unit for connecting the second storage unit and the supply unit is provided.
The first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, the third photoelectric conversion unit, and the fourth photoelectric conversion unit are arranged in the first direction.
In the first control, the control unit connects the first storage unit and the supply unit by the first connection unit, and connects the second storage unit and the supply unit by the second connection unit. After that, the first storage unit and the supply unit are disconnected by the first connection unit, the second storage unit and the supply unit are disconnected by the second connection unit, and the second transfer unit disconnects the supply unit. An image sensor that connects the second photoelectric conversion unit and the first storage unit, and connects the third photoelectric conversion unit and the second storage unit by the third transfer unit.
前記撮像素子から出力される信号に基づいて画像データを生成する生成部と、
を備える撮像装置。
The image pickup device according to any one of claims 1 to 6.
A generator that generates image data based on the signal output from the image sensor,
An image pickup device equipped with.
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