JP5106092B2 - 固体撮像装置およびカメラ - Google Patents

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Description

本発明は、入射された光を光電変換する単位セルが半導体基板上に2次元に配置された固体撮像装置およびカメラに関する。
MOS型イメージセンサは、高速、低消費電力など優れた特徴があり、近年デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、車載カメラ、監視カメラなど幅広い分野で使用されるにようになった。
具体的には、特許文献1中の図2に示されているように、MOS型イメージセンサは一般に撮像部と列回路から構成されている。撮像部は入射された光を光電変換する単位セルが2次元に配置されており、行単位でリセット、電荷蓄積、読み出しが行われる。また、各列の単位セルの出力は各列に配置された垂直信号線に接続されている。一方、列回路は列単位の構成であり、画素からのアナログ信号を保持する手段を有している。撮像部の各垂直信号線は対応する列回路に接続されており、行単位で画素信号を読み出すことが可能になっている。列回路に保持された1行分の画素信号は水平読み出し回路により順次チップ外部に出力される。
また、特許文献2では画素信号の読み出しゲインを大きくするために各列に2本の垂直信号線を配置したMOS型イメージセンサの構成が示されている。また、各画素の出力は1行おきに交互に2本の垂直信号線に接続されている。その結果、1本の信号線に接続される画素数が減り、寄生容量が低減し、画素信号の読み出し時の振幅低下が抑えられる。
特開2003−32548号公報 特開2000−324397号公報
しかしながら、特許文献1の回路構成では製造時に発生した欠陥により、例えば垂直信号線にグランドへのリークが発生すると、1列分の画素信号が読み出されないことになる。列回路で故障が発生しても同様である。これは、撮像画像において1列分の画素信号が得られないことを意味する。1画素単位の画素欠陥の場合は後段の信号処理部で周辺画素信号を用いて補正、修復することが可能であるが、1列分すべての信号が失われると修復が困難である(修復しても画像パターンによっては対象箇所が不自然になり画質が劣化)。
固体撮像素子の画素数が増えてくるにつれ、上記のような欠陥をゼロにするのは容易ではなくなってきており、製造上の課題となっていた。また、実使用時に経年変化で発生する故障に対しても同様に耐性が低く、信頼性が低いという課題もあった。
一方、特許文献2の回路構成では、片側の信号線のみが故障した場合は半数の画素は読み出し可能であるが、一般的なカラーフィルタ配列であるベイヤ配列ではRならびB画素は1行おきに配置されているため、信号線に故障が発生すると1つの色に関しては特許文献1の先行技術と同様に1列分すべての信号が失われるという課題を有していた。
なお、この課題は画素部の面積が小さいとその中で欠陥が発生する確率が低いため、コンパクトデジカメ用途(1/2.3型が主流で対角の長さは11mm程度)では大きな問題とならないが、一眼レフ用途では既存レンズに対応した大きな画素部面積が必要(対角で27mm〜35mm)という理由があり、特に大きな課題となる。例えばある面積で故障が発生しない確率を0.95とすると、その8倍の面積で故障が発生しない確率は0.66と大きくさがる。
そこで、本発明は、垂直信号線や列回路で故障が発生しても後段で補正困難な画像劣化につながらない固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続される。
この構成によれば、例えば、垂直信号線に欠陥が発生したとしても、欠落する画素数を1列中の全ての画素データの1/N(Nは1列に対応する垂直信号線の本数)に低減し、しかも1列分の同一色の画素データの全てが欠落することを防止する。欠落した画素データの全てが同一色でないことは、言い換えれば、欠陥が発生していない対応する垂直信号線の複数色の画素データが正常であることを意味する。したがって、欠落した画素データの補間処理は、他の列の同色の画素データだけでなく、同じ列内の同色の画素データをも用いることができる。これにより、垂直信号線や列回路で故障が発生しても、固体撮像装置の後段での補間処理を容易にするので、画像の修復を容易にするという効果がある。
ここで、各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられるようにしてもよい。
この構成によれば、例えば、第1垂直信号線に対応する画素信号が全部欠落しても、同じ列内の直近の同色の画素データが欠落しないので、欠落した画素データの水平方向に直近の同色の画素データと、垂直方向に直近の同色の画素データとを用いて、欠落した画素データを精度よく補間することができる。
ここで、前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、前記複数の画素部の1列に属する同色の複数の画素部は、前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線とに交互に接続されるようにしてもよい。
ここで、前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、前記第1垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、前記第2垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続されるようにしてもよい。
この構成によれば、垂直信号線に欠陥が発生したとしても、欠落する画素数を1列中の全ての画素データの1/2に低減し、しかも欠落した画素データの全てが同一色であることを防止する。これにより、上記と同様に、欠落した画素データを精度よく補間することができる。
ここで、前記複数の画素部のそれぞれは、光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、光電変換素子からの信号を前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方に出力する出力部とを含むようにしてもよい。
ここで、前記複数の画素部のぞれぞれは、少なくとも第1光電変換素子と第2光電変換素子とを含む複数の光電変換素子と、前記第1光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第1カラーフィルタと、前記第1カラーフィルとは異なる色に対応し、前記第2光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第2カラーフィルタと、前記複数の光電変換素子のうちの1つの光電変換素子を選択して信号を読み出す読み出し部と、前記読み出し部により読み出された信号を前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方に出力する出力部とを含むようにしてもよい。
この構成によれば、1つの画素部は行方向に隣接する2つの画素を有する。2つの画素は読み出し部と出力部を共有するので回路面積を節約でき、節約した分だけ光電変換素子の開口を大きくし感度を向上させることができる。また、垂直信号線に欠陥が発生したとしても、欠落する画素が1列中のある同一色の画素データであることを防止することができる。
ここで、前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、前記複数の画素部の1列に属する画素部は、前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線とに交互に接続されるようにしてもよい。
この構成によれば、垂直信号線の欠陥により欠落した画素データの水平方向に直近の同色の画素データと、垂直方向に直近の同色の画素データとを用いて、欠落した画素データを精度よく補間することができる。
ここで、前記固体撮像装置は、さらに、前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含むようにしてもよい。
この構成によれば、第1、第2列信号処理部を有するので、一本の垂直信号線が故障しても対応する列の全ての画素信号のうち半分は、列信号処理部に出力することができる。
ここで、前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線は、同じ画素部列に対応するようにしてもよい。
ここで、前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応するようにしてもよい。
ここで、前記第1列信号処理部は、前記第1垂直線および画素信号と前記第2垂直信号のうちの少なくとも一方の一端に接続され、前記第2列信号処理部は、前記第1垂直線および画素信号と前記第2垂直信号のうちの少なくとも他方の他端に接続されるようにしてもよい。
この構成によれば、第1、第2垂直信号線の画素信号は、第1、第2列信号処理部のどちらにでも出力することが可能になる。これにより、画素信号の種々の走査を容易にすることができる。
ここで、前記出力部のそれぞれは、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタを含み、前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、前記複数の画素部の対応する列に属する画素部内の増幅用トランジスタの1つに電流を供給するための電流源を含むようにしてもよい。
この構成によれば、各垂直信号線からの画素信号の出力先を第1、第2列信号処理部のどちらにでも、動的に設定することができ、しかも、均一な読み出しまたは応答速度をえることができる。
ここで、前記固体撮像装置は、さらに、欠陥画素部の位置を記憶する記憶部と、前記欠陥画素部の周囲の画素部の画素データを用いて前記欠陥画素部の画素データを補間する補間部とを備えるようにしてもよい。
この構成によれば、垂直信号線の欠陥による欠落画素データを精度良く補間することができる。
ここで、前記固体撮像装置は、さらに、欠陥画素部を検出し、前記記憶部に検出した欠陥画素部の位置を格納する検出部を備えるようにしてもよい。
ここで、前記検出部は、前記第1垂直信号線および第2垂直信号線からの得られた画素データのそれぞれの平均を用いて欠陥画素部が存在する列を特定し、さらに、当該列中の欠陥画素部の位置を検出するようにしてもよい。
この構成によれば、欠陥画素部の存在およびその位置を容易に検出することができる。
本発明に係る固体撮像装置によれば、撮像部の1つの信号線、あるいは1つの信号読み出し手段で故障が発生しても、後段の信号処理で補正し画像を再生することが可能であり、製造の容易性ならびに実使用時の信頼性が向上するという効果がある。
(第1の実施形態)
本実施の形態では、画素列の1列あたり複数本の垂直信号線を備える固体撮像装置であって、各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続されている。各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられる。これにより、1つの垂直信号線、あるいは1つの画素部で故障が発生しても、1列分の同一色の画素データの全てが欠落することを防止するので、後段の信号処理で補正し画像を再生することが容易になる。
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
図1の固体撮像装置は、撮像部1、行選択エンコーダ2、2つの信号処理部3−A、3−B、2つの列選択エンコーダ4−a、4−b、2つの水平信号線5−a、5−b、2つの出力回路6−a、5−bを備える。以下、ほぼ同等の機能を有する2つの構成要素を代表して説明する場合は、−a、−bの符号を省略する。
撮像部1は、光電変換を行う画素が2次元状に配置された撮像領域である。ここでは4x4の2次元状に配列された16画素の例が示されているが、実際の総画素数は数百万個以上である。また、カラー画像を検出するために撮像部の各画素にはR、G、Bいずれかのカラーフィルタが搭載されており、それぞれR画素、G画素、B画素と定義する。3つの画素はG画素が市松の位置に配置されるベイヤ配列になっている。
また、行選択エンコーダ2は、横1行毎にRDCEL、RSCEL、TRANSの3本の制御線を備え、撮像部1の単位セルに対して、行単位でリセット(初期化)、リード(読み出し)、およびラインセレクト(行選択)を制御する。
また、信号処理部3は、列に対応する処理の基本単位として複数の列信号処理部を有し、撮像部1からの行単位の出力を処理し、結果を保持する。
また、列選択エンコーダ4−aは、制御線を備え、信号処理部3内の列信号処理部を順次選択する。
また、出力変換回路6は水平信号線5を介して信号処理部3の出力を受け取り、外部に出力するために必要な変換、信号増幅やAD変換を施して出力する。
また、信号処理部、列選択エンコーダ、水平信号線、出力回路はそれぞれ撮像部の上下に1個ずつ配置されている。撮像部で検出された信号は上下の回路に分割されてチップ外部に読み出される。
図2は図1に示された固体撮像装置における、撮像部と列信号処理部の1列分に着目した構成図である。同図では、固体撮像装置中の1つの画素列に対応する構成として、画素列101、列信号処理部3−a、3−bを図示している。画素列101に対応する第1の垂直信号線9、第2の垂直信号線10が配置されている。
図2より、R画素がある列が記載されており、R画素7とG画素8が交互にならんでいる。また、2本の第1、第2の垂直信号線9、10が設置されており、R画素のうち行1と行5は第1の垂直信号線9に、行3と行7は第2の垂直信号線10に、一方G画素のうち行2と行6は第2の垂直信号線10に、行4と行8は第1の垂直信号線9に接続されている。このように、図2では、1列に属する同色の複数の画素は、第1の垂直信号線9と第2の垂直信号線10とに交互に接続される。また、第1の垂直信号線9には、異なる色の画素部が交互に接続され、第2の垂直信号線10には、異なる色の画素部が交互に接続される。
また、列信号処理部3は2本の垂直信号線の信号を選択的に入力する垂直信号線選択回路11、画素信号を読み出すのに使用する画素電流源12、画素信号を増幅する列アンプ13、画素の出力部の特性ばらつきを補正し画像のノイズを低減するノイズキャンセル回路14、ノイズキャンセル回路の出力を一時的に保持するサンプルホールド回路15から構成される。
図3は撮像部の画素と列信号処理部の詳細を示す回路図である。なお、図3では画素回路の構成はR画素のみ記載されているが、G画素も同一である。
図3より、画素回路は、初期化時の電圧を増幅したリセット電圧と読み出し時の電圧を増幅したリード電圧とを垂直信号線に出力することを特徴とし、入射した光を光電変換し電荷を出力するフォトダイオード(PD)16と、PD16により発生した電荷を蓄積し、蓄積した電荷を電圧信号として出力するコンデンサ(フローティングディフュージョン、FD)18と、コンデンサ18の示す電圧が初期電圧(ここではVDD)になるようにリセットするリセットTr19と、PD16により出力される電荷をコンデンサ18に供給する転送Tr17と、コンデンサ18の示す電圧に追従して変化する電圧を出力する増幅Tr20と、行選択エンコーダからラインセレクト信号を受けたときに増幅Tr20の出力を垂直信号線に接続する選択Tr21を備えている。
また、信号処理部3は、画素回路から出力されるリセット電圧とリード電圧との差分を示す信号を一時保持した後に水平信号線5に出力することをその機能とし、2つの垂直信号線の信号を選択的に入力する2つの垂直信号線選択Tr22が垂直信号線選択回路11内に配置されている。
さらに、信号処理部3は、バイアス電圧VLGが供給される電流源Tr23、第1の垂直信号線9あるいは10、垂直信号線選択Trを経由して入力された画素信号を増幅する列アンプ13と、列アンプの出力を入力しリセット信号とリード信号の差分すなわち輝度情報を求めるクランプ容量24と、クランプ容量の列アンプとは反対側の端子電位をクランプ電位VCLに設定するためのクランプTr25と、輝度情報を一時保持するサンプリング容量26と、サンプリング容量に信号を入力するサンプリング容量入力Tr27と、サンプリング容量に保持した信号を水平信号線に出力するサンプリング容量出力Tr28を備えている。
ここで、画素回路には、リセットパルス(初期化信号:RSCEL)、リードパルス(読み出しパルス:TRANS)、および、ラインセレクトパルス(行選択信号:RDCEL)が、列信号処理部3には、垂直信号線選択パルス1、2(SEL1、SEL2)、サンプリングパルス(SW−SH)、クランプパルス(NCCL)が決められたタイミングで供給され、これら各制御パルスにそれぞれ対応するトランジスタが開閉(オンオフ)される。
以上、図1〜図3を用いて説明したように、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部の各列に2本の垂直信号線を有し各列の各色画素の一部は一方の垂直信号線に、残りは他方の垂直信号線に接続されており、一本の垂直信号線が故障しても各列の各色画素の半分は読み出し経路が保持させることが出来る。
次に、図4を用いて、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法について説明する。
図4(a)中の、RDCEL−1、2は行1、2の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、RSCEL−1、2は行1、2の画素でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、TRANS−1、2は行1、2の画素でPDに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、NCCLはクランプ容量の列アンプとは反対側の端子電位をクランプ電位VCLに設定する動作を行うためのパルス電圧であり、SW−SHはサンプリング容量への信号書き込みの動作を行うためのパルス電圧であり、SEL1は第1の垂直信号線を下側の列信号処理部3に接続する動作を行うための電圧であり、SEL2は第2の垂直信号線を下側の列信号処理部3に接続する動作を行うための電圧である。
図4(b)中の、RDCEL−3、4は行3、4の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、RSCEL−3、4は行3、4の画素でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、TRANS−3、4は行3、4の画素でPDに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧である。
まず、図4(a)は、図3に示された固体撮像装置において行1と行2を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図であり、ここではR画素の読み出し動作を詳細に説明する。
SEL1=H、SEL2=Lのため、行1のR画素の信号は第1の垂直信号線9、下側の列信号処理部3を、行2のG画素の信号は第2の垂直信号線10、上側の列信号処理部3を経由して読み出される。
まず、タイミングt1においては、転送TrがオフでリセットTrはオンであり、コンデンサの電位(以下ではVfd)はFDリセット電位Vfdrst(=VDD)に初期化される。
次に、タイミングt2では転送Tr、リセットTrがオフなので、FD電位のリセット状態は保持される。このとき、選択Trはオンのため増幅Tr20と電流源12がソースフォロア回路を構成し、Vfdrst−Vthがリセット電圧として第1の垂直信号線9に出力される(正確にはVfdrst−Vth−αであるが、ここではαは省略)。さらに、このリセット電圧Vfdrst−Vthは垂直信号線選択Trを経由して列アンプに入力され、列アンプはVfdrst−Vthに対応した電圧をクランプ容量の一方の端子に出力する。一方、クランプ容量の他方の端子ならびにサンプリング容量の電位は、クランプTrがオンのためVCLに固定される。
次に、タイミングt3では転送Trがオンとなるため、PDに蓄積された電荷がコンデンサに転送され、Vfdはこの信号電荷量に応じた電圧Vfdsigだけ低下しVfdrst−Vfdsigとなる。
次に、タイミングt4では転送Trがオフで選択Trがオンであり、Vfdrst−Vfdsig−Vthがリード電圧として第1の垂直信号線9に出力される。これにより列アンプの入力はVfdsigだけ変化するので、列アンプのゲインをAとするとその出力はVfdsig x Aだけ上昇する(列アンプは反転型を仮定)。さらに、クランプTrはオフなので、クランプ容量の他方の端子の電位、すなわちサンプリング容量の電位はVfdsig x A x Ccl/(Ccl+Csh)だけ上昇する。ここでCclはクランプ容量の容量値、Cshはサンプリング容量の容量値を示す。この電位変化は垂直信号線におけるリセット電圧とリード電圧の差分に対応した電圧、すなわち行1のR画素の輝度情報であり、最後に、タイミングt5でSW−SH=Lとなり、この輝度情報が下側の列信号処理部3のサンプリング容量に書き込まれる。タイミングt1−t5では同様に行2のG画素の信号が読み出されG画素の輝度情報は上側の列信号処理部3のサンプリング容量に保持される。
以上、タイミングt1からt5までを経て、撮像部からサンプリング容量までの行1、2の2行分の読み出しが完了したら、図1、図2に示したように、その後で下側のサンプリング容量に保持されたR輝度情報は列選択エンコーダにより順次選択され水平信号線5−A、出力回路6−Aを経由してチップ外部にアナログ信号として読み出される。
同様に、上側のサンプリング容量に保持されたG輝度情報は水平信号線5−B、出力回路6−Bを経由してセンサ外部に順次出力される。
次に、図4(b)は、図3に示された固体撮像素子において行3と行4を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図である。SEL1=L、SEL2=Hのため、行3のR画素の信号は第2の垂直信号線10、下側の列信号処理部3、出力回路を、行4のG画素の信号は第1の垂直信号線9、上側の列信号処理部3、出力回路を経由して読み出される。
すなわち、図4(a)、(b)の動作を交互に繰り返せば撮像部全体の輝度情報が読み出ことが出来、このとき行1、5、9、・・・のR画素信号は第1の垂直信号線9を経由して、行3、7、11、・・のR画素信号は第2の垂直信号線10を経由して読み出すことが出来る。
以上、図1〜図4を用いて説明したように、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部の各列に2本の垂直信号線を有し各列の各色画素は2本の垂直信号線に分割して接続されており、各列の各色画素の信号の一部は一方の垂直信号線を介して残りは他方の垂直信号線を介して読み出されることにより、一方の垂直信号線に故障が発生しても他方の垂直信号線に接続された画素の信号は読み出すことが出来る。
すなわち、一般的なカラーフィルタ配列であるベイヤ配列を用いても、信号線に故障が発生すると1つの色に関して1列分すべての信号が失われるという課題を防ぐことが出来る。
さらに、本発明に第1の実施形態に係る固体撮像装置では各列のR画素輝度情報は2つの垂直信号線に分割して読み出されるため、一方の垂直信号に故障が発生、例えば断線しても各列のR画素輝度情報の半分を読み出すことが出来る。なお、B画素、G画素についても同様の効果を得ることが出来る。
なお、本発明では画素部の各列に2本の垂直信号線を配置することになる。これは高画素化を目的として画素サイズの縮小する際に不利になる場合も考えられるが、画素設計の特殊性を考慮すると実際には問題とはならない。
具体的には、画素サイズを小さくする際には画素内のデバイス(FD、増幅Trなど)のサイズと、配線領域のサイズが課題に対して、配線領域については最先端のシステムLSI向けプロセスを適用していけば時間とともに配線の幅、間隔ともに小さくなってくる(参考までにムーアの法則によれば1年半で30%程度は小さくなる)。これに対し、飽和電子数を確保するためにFDは急激には小さくできない、1/fノイズ対策で増幅Trのゲート面積は最小サイズにはできないなどの理由により、デバイスサイズはシステムLSI向けプロセスの微細化と同じペースでは小さくはならない。これは、画素サイズの縮小の制約は配線ではなくデバイスであることを意味し、本発明における2本の垂直信号線も微細化の制約にはならないと言える。
ところで、図5は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置において用いることが出来る、電流源の配置の3つの実施例を示す。図中には垂直信号線、電流源、列アンプのみ記載している。
図5(a)は図3での構成と同じで、電流源は各列2個ずつである。下側に読み出す場合はいずれの垂直信号線を経由しても同じ電流源Is1を使用することになる。同様に、上側に読み出す場合はいずれの垂直信号線を経由しても同じ電流源Is2を使用することになる。各列のR/G/B画素信号はすべて同じ電流源を用いて読み出すことになり、これはより均一な読み出しが可能なことを意味し画質向上に有利である。
図5(b)は各列4個の電流源が配置される。下側に読み出す場合はいずれの垂直信号線を経由しても同じ電流源Is1とIs4を使用することになる。上側に読み出す場合は電流源Is2とIs3を使用する。(a)と同様に各列のR/G/B画素信号はすべて同じ電流源を用いて読み出すことになる。また、垂直信号線の両側に電流源が配置されることになるので、撮像部の画素数が膨大になり垂直信号線の寄生成分が増加しても撮像部の上から下までより均一な読み出し応答速度が得られるという利点もある。
図5(c)は各列4個の電流源が配置されている。読み出し応答については(b)と同じ均一性が得られ、また回路構成が簡単になるという利点がある。
(第1の実施形態の変形例1)
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態の変形例1に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。なお、固体撮像装置の全体構成は図1と同一である。
図6は本発明の第1の実施形態の変形例1における固体撮像装置における、撮像部と列信号処理部の1列分に着目した構成図である。
図6ではR画素がある列が記載されており、R画素7とG画素8が交互にならんでいる。また、2本の第1、第2の垂直信号線9、10が設置されており、R画素のうち行1と行5は第1の垂直信号線9に、行3と行7は第2の垂直信号線10に、一方G画素のうち行2と行6は第2の垂直信号線10に、行4と行8は第1の垂直信号線9に接続されている。
列信号処理部3は画素信号を読み出すのに使用する画素電流源12、画素信号を増幅する列アンプ13、画素の出力部の特性ばらつきを補正し画像のノイズを低減するノイズキャンセル回路14、ノイズキャンセル回路の出力を一時的に保持するサンプルホールド回路15から構成される。
下側の列信号処理部3には第1の垂直信号線、上側の列信号処理部3には第2の垂直信号線に接続されている。
次に図6を用いて画素信号の読み出しを説明する。まず、行1のR画素と行2のG画素の輝度情報が読み出される。行1のR画素の情報は第1の垂直信号線9を経由して下側の信号処理部3のサンプリング容量に、行2のG画素の情報は第2の垂直信号線10を経由して上側の信号処理部3のサンプリング容量に保持される。次に、行3のR画素と行4のG画素の輝度情報が読み出される。行3のR画素の情報は第2の垂直信号線10を経由して上側の信号処理部3のサンプリング容量に、行4のG画素の情報は第1の垂直信号線9を経由して下側の信号処理部3のサンプリング容量に保持される。この2つの動作を交互に繰り返すことにより撮像部全体の画素信号が読み出される。
以上、図6を用いて説明したように、本発明の第1の実施形態の変形例1に係る固体撮像装置は、画素部の各列に2本の垂直信号線を有し、各列の各色画素は2本の垂直信号線に分割して接続されており、さらに一方の垂直信号線は下側の列信号処理部3に他方の垂直信号線は上側の列信号処理部3に接続されており、一方の垂直信号線もしくは列信号処理部3に故障が発生しても各列のR画素輝度情報の半分を読み出すことが出来る。なおB画素、G画素についても同様の効果を得ることが出来る。
(第1の実施形態の変形例2)
以下、図面を参照しながら、本発明の本発明の第1の実施形態の変形例2に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。
図7は本発明の第1の実施形態の変形例2における固体撮像装置の3列分の構成を示す回路図である。なお、構成部品は図2に示す第1の実施形態と同じである。違いは撮像部の垂直信号線と列信号処理部3の間の接続である。また、列nの第1の垂直信号線9は列nの下側の信号処理部3と列n+1の上側の信号処理部3に接続され、第2の垂直信号線10は列n+1の下側の信号処理部3と列nの上側の信号処理部3に接続されている。なお、固体撮像装置の全体構成は図1と同じである。
図7より、画素信号の読み出しに関し列nに着目して説明する。
まず、行1のR画素と行2のG画素の輝度情報が読み出される。行1のR画素の情報は第1の垂直信号線9を経由して列nの下側の列信号処理部3のサンプリング容量に、行2のG画素の情報は第2の垂直信号線10を経由して列n+1の上側の列信号処理部3のサンプリング容量に保持される。次に、行3のR画素と行4のG画素の輝度情報が読み出される。行3のR画素の情報は第2の垂直信号線10を経由して列n+1の下側の列信号処理部3のサンプリング容量に、行4のG画素の情報は第1の垂直信号線9を経由して列nの上側の列信号処理部3のサンプリング容量に保持される。
この2つの動作を交互に繰り返すことにより撮像部全体の画素信号が読み出される。
以上、図7を用いて説明したように、本発明の第1の実施形態の変形例2に係る固体撮像装置は、画素部の各列に2本の垂直信号線を有し、各列の各色画素は2本の垂直信号線に分割して接続されており、さらに2つの垂直信号線は異なる列の列信号処理部3に接続されており、これにより、一方の垂直信号線もしくは列信号処理部3に故障が発生しても各列のR画素輝度情報の半分を読み出すことができる。なおB画素、G画素についても同様の効果を得ることが出来る。
(第2の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。
図8は本発明の第2の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示す図である。
この固体撮像装置は、撮像部1、行選択エンコーダ2、2つの信号処理部300A、300B、2つのADC部29−A、29−B、2つの列選択エンコーダ4−a、b、2つのデジタル出力I/F30−a、30−bから構成される。
また、撮像部1は、光電変換を行う画素が2次元状に配置された撮像領域である。ここでは4x4の2次元状に配列された16画素の例が示されているが、実際の総画素数は数百万個程度以上である。
また、行選択エンコーダ2は、横1行毎にRDCEL、RSCEL、TRANSの3本の制御線を備え、撮像部1の単位セルに対して、行単位でリセット(初期化)、リード(読み出し)、およびラインセレクト(行選択)を制御する。
また、信号処理部3は縦1列毎に同一の列信号処理回路が1個接続されており、撮像部1からの行単位の出力を処理し、結果を保持する。
また、ADC部29は、縦1列毎に1個接続される複数の列ADCを有し、信号処理部3からの行単位の出力をデジタル変換し、結果を保持する。
また、列選択エンコーダ4は、制御線を備え、ADC部29内の列ADCを順次選択する。
また、デジタル出力I/F30は列ADCからデジタル情報を受け取り、外部に出力するために必要な変換を施して出力する。
また、信号処理部、ADC部、列選択エンコーダ、デジタル出力I/Fはそれぞれ撮像部の上下に1個ずつ配置されている。撮像部で検出された信号は上下の回路に分割されてチップ外部に読み出される。
図9は本発明に係る第2の実施形態における固体撮像装置の3列分の構成を示す回路図である。
図9より、第1の実施形態と同様に撮像部の各列には2本の第1、第2の垂直信号線9、10が設置されており、R画素のうち行1と行5のR画素は第1の垂直信号線9に、行3と行7のR画素は第2の垂直信号線10に、一方G画素のうち行2と行6のG画素は第2の垂直信号線10に、行4と行8のG画素は第1の垂直信号線9に接続されている。
また、列nの第1の垂直信号線9は列nの下側の列信号処理部300a、列ADC29−aと列n+1の上側の列信号処理部300b、列ADC29−bに接続され、第2の垂直信号線10は列n+1の下側の列信号処理部300a、列ADC20−aと列nの上側の列信号処理部300b、列ADC29−bに接続されている。
また、各画素列101の各画素の輝度情報は2行単位で上側と下側の列信号処理部300a、300bに読み出され、さらに列ADC29−a、29−bでデジタル値に変換され、保持される。保持されたデジタル輝度情報は列選択エンコーダ4−a、4−bで順次選択され、デジタル出力I/F30−a、30−bを介してチップ外部に出力される。
さらに、図9を用いて、列nに着目して撮像部からの読み出しに関して説明する。
まず、行1のR画素と行2のG画素の輝度情報が読み出される。行1のR画素の情報は第1の垂直信号線9、列nの下側の列信号処理部300aを経由して列nの列ADC29−aに、行2のG画素の情報は第2の垂直信号線10、列n+1の上側の列信号処理部300bを経由して列n+1の列ADC29−bに保持される。
次に、行3のR画素と行4のG画素の輝度情報が読み出される。行3のR画素の情報は第2の垂直信号線10、列n+1の下側の列信号処理部300aを経由して列n+1の列ADC29−aに、行4のG画素の情報は第1の垂直信号線9、列nの上側の列信号処理部300bを経由して列nの列ADC29−bに保持される。
この2つの動作を交互に繰り返すことにより列n全体の画素信号が読み出される。
以上、図8〜図9を用いて説明したように、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部の各列に2本の垂直信号線を有し、各列の各色画素は2本の垂直信号線に分割して接続され、各列の2つの垂直信号線は異なる列の列信号処理部300a、300b、列ADC29−a、29−bに接続されており、各列の各色画素の信号の2つの垂直信号線、列信号処理部3、列ADCを介して読み出され、これにより、一方の垂直信号線もしくは列信号処理部3もしくは列ADCに故障が発生しても各列のR画素輝度情報の半分を読み出すことができる。なおB画素、G画素についても同様の効果を得ることが出来る。
なお、第1の実施形態でデジタル出力が必要な場合は出力変換回路にAD変換機能を付加することになるが、この構成ではADCに故障が発生するとすべてのR画素情報が失われることになる。したがって、固体撮像素子の出力をデジタルにする場合は、第2の実施形態の方が故障への耐性が高い。
(第3の実施形態)
以下、図面を参照しながら、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。
まず、図10は本発明に係る固体撮像装置の第3の実施形態における画素部を示す回路図である。
図10より、行方向に隣接する2画素を1つの基本単位セルとする構成で、光電変換素子である2個のフォトダイオード(PD)16a、16b、2個の転送Tr17a、17b、コンデンサ(フローティングディフュージョン、FD)18、リセットTr19と、増幅Tr20と、選択Tr21を含む。2個のPDでそれぞれに入射された光を光電変換、発生電荷の蓄積を行い、蓄積電荷は電圧信号として共通の画素部読み出し回路(コンデンサ、リセットTr、増幅Tr、選択Tr)を介して垂直信号線に出力される。
図11は第3の実施形態における1列分の撮像部の構成を示す。図10に示す2画素を含む基本セルが縦にならび、2本の垂直信号線に交互に接続されている。図では行0から行9の10行分、基本セルとしては0、2、4、6、8の5個分が記載されている。第3の実施形態における固体撮像素子の全体構成は図1と、1列分の構成は図2の撮像部を図11と置き換えたものと同じである。
ここで、画素部の基本セルには、リセットパルス(初期化信号:RSCEL)、2個のリードパルス(読み出しパルス:TRANSa、TRANSb)、および、ラインセレクトパルス(行選択信号:RDCEL)が、列信号処理部3には第1の実施形態と同様のパルスが決められたタイミングで供給され、これら各制御パルスにそれぞれ対応するトランジスタが開閉(オンオフ)される。
次に、図12を用いて、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法について説明する。
図12(a)中の、RDCEL[0]、[2]はセル0、セル2の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、RSCEL[0]、[2]はセル0、セル2でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、TRANSb[0]はセル0内のb側のPDすなわちG[1]画素のPDに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、TRANSa [2]はセル2内のa側のPDすなわちR[2]画素のPDに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、NCCLはクランプ容量の列アンプとは反対側の端子電位をクランプ電位VCLに設定する動作を行うためのパルス電圧であり、SW−SHはサンプリング容量への信号書き込みの動作を行うためのパルス電圧であり、SEL1は第1の垂直信号線を下側の列信号処理部3に接続する動作を行うための電圧であり、SEL2は第2の垂直信号線を下側の列信号処理部3に接続する動作を行うための電圧である。
図12(b)中の、RDCEL[2]、[4]はセル2、セル4の画素出力の垂直信号線への接続動作を行うためのパルス電圧であり、RSCEL[2]、[4]はセル2、セル4でコンデンサの初期電圧へのリセット動作を行うためのパルス電圧であり、TRANSb[2]はセル2内のb側のPDすなわちG[3]画素のPDに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧であり、TRANSa [4]はセル4内のa側のPDすなわちR[4]画素のPDに蓄積された電荷のコンデンサへの転送動作を行うためのパルス電圧である。
図12(a)は、行1と行2を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図である。SEL1=L、SEL2=Hのため、行1のG[1]画素の信号は第1の垂直信号線9、上側の列信号処理部3を、行2のR[2]画素の信号は第2の垂直信号線10、下側の列信号処理部3を経由して読み出される。各タイミングにおける回路の動作は第1の実施形態と同様である。
次に、図12(b)は、行3と行4を読み出す際に供給される各制御パルスのタイミングを示す図である。SEL1=H、SEL2=Lのため、行3のG[3]画素の信号は第2の垂直信号線10、上側の列信号処理部3を、行4のR[4]画素の信号は第1の垂直信号線9、下側の列信号処理部3を経由して読み出される。
図13には行1〜行8の読み出しでそれぞれどの画素制御線にパルスを入力するか示している。縦軸は制御線、横軸は2行分の画素信号を読み出し期間を単位とする動作シーケンスをあらわし、図中のPは対応する期間の中でパルスを入力することを表す。また、図中の最下段2行には各垂直信号に読み出される画素を記載している。図13の1Hは図12(a)、2Hは図12(b)に対応する。3H以降も同様の動作を繰り返せばすべての画素の輝度情報を読み出すことができる(行0は読み出しの必要がない無効行)。
以上、図10〜図13を用いて説明したことをまとめると、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置は、画素部は2つの画素で画素読み出し部を共有し、画素部の各列に2本の垂直信号線を有し、さらに各列の2画素からなる基本セルは2本の垂直信号線に分割して接続されており、各列の一部の基本セルの信号は一方の垂直信号線を介して、残りの基本セル信号は他方の垂直信号線を介して読み出されることとなり、これにより、一方の垂直信号線に故障が発生しても他方の垂直信号線に接続された基本セルの信号は読み出すことができる。すなわち、一般的なカラーフィルタ配列であるベイヤ配列を用いても、信号線に故障が発生すると1つの色に関して1列分すべての信号が失われるという課題を防ぐことが出来る。
さらに、本発明に第3の実施形態に係る固体撮像装置では、2画素で画素読み出し部を共有しているので画素あたりのトランジスタ数が4個から2.5個に低減し、画素の開口率、すなわち感度が向上する利点もある。
なお、本発明の実施形態では第1の実施形態で説明した出力変換部(AD変換器)を備えた固体撮像装置と、第2の実施形態で説明した列AD部を備えた固体撮像装置、のいずれも用いることが出来る。
また、上記では2つの画素で読み出し部を共有しているが、3画素あるいは4画素などより多くの画素で共有する構成にしてもかまわない。さらに、共有する画素は複数の列にまたがってもかまわない。
(第4の実施形態)
図14は本発明の第4の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。光画像を固体撮像装置の撮像部に照射するレンズ36、照射された光画像を検出し、その輝度情報をデジタル値として2系統で出力する固体撮像装置31、センサの出力を受け取り信号処理を行う信号処理回路33、信号処理に必要な情報を記憶する不揮発性メモリ34(例えばフラッシュメモリ)を含む。固体撮像装置31は第1、2、3の実施形態で示す固体撮像装置のいずれでもよい。
固体撮像装置のカラーフィルタはベイヤ配列のため各画素はRGBのうち1つの色情報しか存在しない。全色情報を有する画像を得るために信号処理回路33で周辺画素の情報を用いて補間し他の色情報を算出する。Rに関する情報の補間を図15に基づき説明する。撮像装置では4画素で1つしかR信号が検出されていない。例えば行3、4、列3、4の4画素に着目すると行3、列3のみR信号が存在する。行3、列4の画素のR信号は図15(a)に示すように周辺の6画素のR信号の平均から算出する。R信号を持たない他の2画素も同様である(図15(b)、(c))。G、Bについても同様に補間すれば全色情報を含むカラー画像が得られる。
次に固体撮像装置の撮像部における1個の垂直信号線に故障がある場合を考える。その列がR画素を含む場合、対象列に関しては1行おきにしかR情報が得られないことになる。このときの補間処理を説明する。行3、列3の画素のR情報が故障により得られない場合を考える。この故障の位置はあらかじめ測定などにより求めておき、不揮発性メモリに記憶しておく。補間処理で行3、列3の画素の情報を使わない場合は図15と同様の処理を行う。
一方、行3、列3の画素の情報が必要になる場合、例えば行3、列4と行4、列3と行4、列4の画素に関しては図16(a)、(b)、(c)に示すように参照する周辺画素数を1個減らして平均を求める。
また、行3、列3の画素については図16(d)に示すように周辺の8画素を用いて補正を行う。まず、垂直方向(V)、水平方向(H)の輝度の傾きを計算する。具体的には、Gv1=abs(ave(R11、R13、R15)−ave(R31、R35))、Gv2=abs(ave(R51、R53、R55)−ave(R31、R35))、Gh1=abs(ave(R11、R31、R51)−ave(R13、R53))、Gh2=abs(ave(R15、R35、R55)−ave(R13、R53))を計算する。ここでabsは絶対値、aveは平均を表す。
次にGv1、Gv2、Gh1、Gh2の最大値を検出する。最大値がGv1もしくはGv2の場合は水平方向にパターンの輪郭があると考えられるので、水平方向の平均すなわちR31とR35の平均値を行3、列3の画素の補正値とする。一方、最大値がGh1もしくはGh2の場合は垂直方向にパターンの輪郭があると考えられるので、垂直方向の平均すなわちR13とR53の平均を行3、列3の画素の補正値とする。どちらの補間処理を行うか、また欠陥補正処理を行うか否かは不揮発性メモリに記憶された位置情報に基づき制御される。以上の処理により全色情報を含むカラー画像が得られる。
次に、撮像装置として従来の構成の場合と本発明の場合の欠陥補正の違いを説明する。図17は従来の構成の場合を説明する。図17(a)に示すように縦縞のパターンが入力される場合を考える。図17(b)は固体撮像装置に故障がない場合の各R画素の輝度情報を示す。輝度情報は0から255のあいだの数字で、数字が大きいほど輝度が大きい(画像では白い)ことを意味する。一方、図17(c)には固体撮像装置の列3の垂直信号線で故障が発生した場合の固体撮像装置から出力される各R画素の輝度情報を示す。列3の3つのR画素の輝度情報はすべて0になっている。図17(d)は欠陥補正後の輝度情報を示している。欠陥画素の補正は一般に周辺画素の全部もしくは一部の平均で置き換える処理であり、列3の画素の輝度値は0〜20の値となる。補正値と正しい値100との誤差は非常に大きく、撮像装置として従来の構成を用いた場合は列3の画素のR情報を周辺画素の信号から得ることは困難といえる。
これに対し、図18は撮像装置として本発明の構成を用いた場合を示す。入力パターンとしては同様に図18(a)に示すように縦縞の場合を考える。固体撮像装置の列3の一方の垂直信号線で故障が発生した場合を考える。このときでも列3のR画素のうち半分の輝度情報が得られる。具体的には図18(c)に示すように、R33は0という間違った値が出力され、R13とR53は正しい値が出力される場合を考える。行3、列3の補正を行うために、まず4つの輝度傾き情報を求めると、Gv1=33、Gv2=33、Gh1=80、Gh2=80となる。傾きの最大はGh1とGh2なので垂直方向にパターンの輪郭があると推定でき、R13とR53の平均値100が補正値となる。補正値と正しい値100との誤差は小さく、固体撮像装置として本発明の構成を用いた場合は行3、列3の画素のR情報も得ることができることを意味する。
以上、図14〜図18を用いて説明したことをまとめると、本発明の第4の実施形態に係る撮像装置は、撮像装置の画素部の各列に2本の垂直信号線を有し各列の各色画素は2本の垂直信号線に分割して接続され、撮像装置の画素部での垂直信号線の故障箇所を保持する不揮発性メモリ、固体撮像装置に対する信号処理回路を備えており、各列の各色画素の信号の一部は一方の垂直信号線を介して、残りは他方の垂直信号線を介して読み出されることとなり、故障により失われた情報は周辺の列ならびに同じ列の中で得られた信号を用いて補正することとなり、これにより、固体撮像装置の1つの撮像部信号線で故障が発生しても全色情報を含むカラー画像が得ることが出来る。
また、本実施形態ではベイヤ配列での補間と欠陥補正を同時に実行する信号処理アルゴリズムの場合を示したが、固体撮像素子を第1ないし第3の実施形態に示す構成にしたこと、後段では故障が発生した列の中で検出可能な情報を活用して情報がない画素を補正することを含めば他の信号処理アルゴリズムを適用した形態(例えばベイヤ配列の補間と欠陥補正をシリアルにつないだ別々の信号処理手段で実行)でも同様の効果が得られる。
(第5の実施形態)
図19は本発明の第5の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。自動車に搭載し周辺監視を行うカメラである。光画像を固体撮像装置の撮像部に照射するレンズ36、照射された光画像を検出しその輝度情報をデジタル値として2系統で出力する固体撮像装置31、固体撮像装置からのデジタル輝度情報を受け取り欠陥が存在する列、領域を検出する欠陥検出回路35、固体撮像装置からのデジタル輝度情報ならびに欠陥検出回路からの欠陥位置情報を受け取り信号処理を行う信号処理回路33を含む。固体撮像装置31は第1、2、3の実施形態で示す構成である。
次に、図20に基づき欠陥検出の動作を説明する。各列2種類のR画素列平均値Sr1[n]、Sr2[n]を一定時間周期で検出する。Sr1[n]は行1、5、9、・・・のR画素の平均値、Sr2[n]は行3、7、11、・・・のR画素の平均値を示す。一般に入力光画像は時間とともに変化するものであり、Sr1[n]、Sr2[n]もそれに応じて変動する。逆にいうと、Sr1[n]、Sr2[n]の時間変動が小さい場合は列nで故障が発生したことを意味する。検出された故障位置情報は信号処理回路に伝達され、第4の実施形態と同様に欠陥存在時のベイヤ配列の補間処理ならびに欠陥の補正処理を行う。
以上のように、本発明に係る撮像装置は上記のように構成したので、固体撮像装置の1つの撮像部信号線で故障が発生しても全色情報を含むカラー画像が得られ、カメラの信頼性が向上するという効果がある。
以上、図19〜図20を用いて説明したように、本発明の第5の実施形態に係る撮像装置は、撮像装置の画素部の各列に2本の垂直信号線を有し各列の各色画素は2本の垂直信号線に分割して接続され、撮像装置の画素部での垂直信号線の故障箇所を検出する回路、固体撮像装置の出力に対する信号処理回路を備えており、これにより、固体撮像装置の1つの撮像部信号線で故障が発生しても全色情報を含むカラー画像が得られ、カメラの信頼性を向上させることが出来る。
本発明に係る固体撮像装置は製造容易性が高く、実使用時の故障への耐性が高いため、デジタル一眼レフカメラなど大きな撮像エリア、画素数が必要な撮像機器向けイメージセンサ、あるいは車載・監視・ロボットなど高い信頼性が要求される分野に適用するイメージセンサとして有用である。
本発明の第1の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態における固体撮像装置の1列分の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態における固体撮像装置の回路図である。 本発明の第1の実施形態における固体撮像装置の各制御パルスのタイミングを示す図である。 本発明の第1の実施形態における電流源配置の別構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の変形例1における固体撮像装置の1列分の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の変形例2における固体撮像装置の3列分の構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態における固体撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態における固体撮像装置の3列分の構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態における画素回路の回路図である。 本発明の第3の実施形態における撮像部の構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態における固体撮像装置の各制御パルスのタイミングを示す図である。 本発明の第3の実施形態における固体撮像装置の制御を示す図である。 本発明の第4の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第4の実施形態における撮像装置における補正処理を示す図である。 本発明の第4の実施形態における撮像装置における欠陥がある場合の補正処理を示す図である。 従来の撮像装置における補正処理の課題を示す図である。 本発明の第4の実施形態における撮像装置における補正処理の効果を示す図である。 本発明の第5の実施形態における撮像装置の全体構成を示す図である。 本発明の第5の実施形態における撮像装置における欠陥検出処理を示す図である。
符号の説明
1 撮像部
2 行選択エンコーダ
3−A、3−B、300A、300B 信号処理部
3−a、3−b、300a、300b 列信号処理部
4−a、4−b 列選択エンコーダ
5−a、5−b 水平信号線
6−a、6−b 出力変換回路
7 R画素
8 G画素
9 第1の垂直信号線
10 第2の垂直信号線
12 電流源
13 列アンプ
14 ノイズキャンセル回路
15 サンプルホールド回路
16、16a、16b フォトダイオード(PD)
17、17a、17b 転送トランジスタ
18 コンデンサ(フローティングディフュージョン、FD)
19 リセットトランジスタ
20 増幅トランジスタ
21 選択トランジスタ
22 垂直信号線選択トランジスタ
23 電流源トランジスタ
24 クランプ容量
25 クランプトランジスタ
26 サンプリング容量
27 サンプリング容量入力トランジスタ
28 サンプリング容量出力トランジスタ
29−A、29−B ADC部
29−a、29−b 列ADC部
30 デジタル出力I/F
31 固体撮像装置
32 AD変換器
33 信号処理回路
34 メモリ
35 欠陥検出回路
36 レンズ
101 画素列

Claims (16)

  1. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、
    前記複数の画素部の1列に属する同色の複数の画素部は、前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線とに交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられ、
    前記複数の画素部のそれぞれは、
    光電変換する光電変換素子と、
    前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、
    光電変換素子からの信号を前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方に出力する出力部とを含み、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  3. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、
    前記第1垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
    前記第2垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  4. 前記複数の画素部のそれぞれは、
    光電変換する光電変換素子と、
    前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、
    光電変換素子からの信号を前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方に出力する出力部と
    を含むことを特徴とする請求項1または2記載の固体撮像装置。
  5. 前記複数の画素部のぞれぞれは、
    少なくとも第1光電変換素子と第2光電変換素子とを含む複数の光電変換素子と、
    前記第1光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第1カラーフィルタと、
    前記第1カラーフィルとは異なる色に対応し、前記第2光電変換素子への入射光の色をフィルタリングする第2カラーフィルタと、
    前記複数の光電変換素子のうちの1つの光電変換素子を選択して信号を読み出す読み出し部と、
    前記読み出し部により読み出された信号を前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方に出力する出力部と
    を含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  6. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、
    前記複数の画素部の1列に属する画素部は、前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線とに交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線は、同じ画素部列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  7. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、
    前記複数の画素部の1列に属する同色の複数の画素部は、前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線とに交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路と
    を含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  8. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    各列内の同色の複数の画素信号は前記複数の垂直信号線に均等に振り分けられ、
    前記複数の画素部のそれぞれは、
    光電変換する光電変換素子と、
    前記光電変換素子への入射光の色をフィルタリングするカラーフィルタと、
    光電変換素子からの信号を前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方に出力する出力部とを含み、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  9. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、
    前記第1垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
    前記第2垂直信号線には、異なる色の画素部が交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  10. 行列状に配置され受光量に応じた画素信号を出力する複数の画素部と、
    前記複数の画素部の1列あたり複数本設けられ、前記画素信号を伝達する複数の垂直信号線とを備え、
    各列内の複数の画素部は、同色の複数の画素信号を前記複数本の垂直信号線に振り分けるように、前記複数の垂直信号線に接続され、
    前記複数の垂直信号線は、第1垂直信号線と第2垂直信号線とを含み、
    前記複数の画素部の1列に属する画素部は、前記第1垂直信号線と前記第2垂直信号線とに交互に接続され、
    前記固体撮像装置は、さらに、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第1列信号処理部と、
    前記複数の画素部の列毎に設けられ、画素部のいずれかから前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方を介して出力される画素信号からノイズ成分をキャンセルする第2列信号処理部とを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記第1垂直信号線からの画素信号と前記第2垂直信号線からの画素信号のどちらかを選択するセレクタと、
    前記セレクタによって選択された前記画素信号からノイズ成分をキャンセルするキャンセル回路とを含み、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の一方は、前記セレクタに対応する画素部の列に対応し、
    前記セレクタに接続される前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線の他方は、前記セレクタに対応する画素部の列に隣接する画素部の列に対応する
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  11. 前記第1列信号処理部は、前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線のうちの少なくとも一方の一端に接続され、
    前記第2列信号処理部は、前記第1垂直信号線および前記第2垂直信号線のうちの少なくとも他方の他端に接続される
    ことを特徴とする請求項1、2、3、6、7、8、9または10記載の固体撮像装置。
  12. 前記出力部のそれぞれは、前記光電変換素子からの信号を増幅して出力する増幅トランジスタを含み、
    前記第1列信号処理部および前記第2列信号処理部のそれぞれは、
    前記複数の画素部の対応する列に属する画素部内の増幅用トランジスタの1つに電流を供給するための電流源
    を含むことを特徴とする請求項1、2、3、6、7、8、9、10または11記載の固体撮像装置。
  13. 請求項1から12の何れかに記載の固体撮像装置
    欠陥画素部の位置を記憶する記憶部と、
    前記欠陥画素部の周囲の画素部の画素データを用いて前記欠陥画素部の画素データを補間する補間部と
    を備えることを特徴とするカメラ
  14. 前記カメラは、さらに、
    欠陥画素部を検出し、前記記憶部に検出した欠陥画素部の位置を格納する検出部を備えることを特徴とする請求項13記載のカメラ
  15. 前記検出部は、前記第1垂直信号線および第2垂直信号線からの得られた画素データのそれぞれの平均を用いて欠陥画素部が存在する列を特定し、さらに、当該列中の欠陥画素部の位置を検出することを特徴とする請求項14記載のカメラ
  16. 請求項1から12の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
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