JP5288955B2 - 固体撮像装置、撮像システム、および固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
図面を参照しながら本発明の第1の実施形態を説明する。
第1の実施形態において示した読み出し回路の構成は、図2のものに限定されるものではなく、多様なバリエーションが考えられる。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。第1の実施例においては、第1の保持容量201〜206の容量値は等しいものであるとした。そのため、平均化される3つの画素は同じ比重で扱われる。第2の実施形態においては重み付けを加味した平均化を行うための構成を説明する。
図7を参照しながら本発明に係る第3の実施形態を説明する。
図9および10を参照しながら本発明に係る第4の実施形態を説明する。本実施形態では、第2の保持容量に保持された信号を水平方向で平均化することが可能となる。
図11および12を参照しながら本発明に係る第5の実施形態を説明する。
図13および14を参照しながら本発明に係る第6の実施形態を説明する。
図15および16を参照しながら本発明に係る第7の実施形態を説明する。
次に、本実施形態に係る撮像システムの概略を図17を用いて説明する。
以上で説明した本発明に係る各実施形態においては、3行分あるいは6行分の画素からの信号を平均化または電荷加算と平均化するものを例にとって説明したが、加算または平均化を行う画素の数を限定するものではなく、任意に設定することができる。
100 画素配列
101 読み出し回路
102 画素
103 フォトダイオード
104 転送トランジスタ
105 リセットトランジスタ
106 増幅トランジスタ
107 選択トランジスタ
108 定電流源
109、110 水平出力線
111 出力部
201〜206、217、218、 保持容量
219、220 スイッチ
225 差動増幅器
240、241 インピーダンス変換器
250 差動増幅器
800 撮像システム
810 光学部
830 信号処理回路部
840 記録・通信部
850 タイミング制御回路部
860 システムコントロール回路部
870 再生・表示部
Amp 増幅器
C0 クランプ容量
Cf 帰還容量
HSR 水平走査回路
VL 垂直出力線
VSR 垂直走査回路
Claims (21)
- 複数の画素と、
前記複数の画素が共通に接続された第1の信号線と、
前記第1の信号線に接続された読み出し部と、
前記複数の画素および読み出し部の動作を制御する制御部と、を有する固体撮像装置であって、
前記読み出し部は、
互いに並列に設けられた複数の第1の保持部と、
第2の保持部と、を有し、
前記制御部は、第1の駆動モードにおいて
複数の前記第1の保持部の各々に一または複数の前記画素からの異なる信号を保持する第1の工程と、
複数の前記第1の保持部に保持された複数の前記画素からの信号を加算して前記第2の保持部に保持する第2の工程と、
前記第2の保持部に保持された信号を出力する第3の工程と、のうち、
前記第1および第3の工程の少なくとも一部を時間的に重複して行わせること
を特徴とする固体撮像装置。 - 前記読み出し部は少なくとも2つの第2の保持部を有し、
前記固体撮像装置は、少なくとも2の前記第2の保持部から出力された信号の差分を出力する出力部を有し、
前記制御部は、
前記第1の工程において前記画素に基づくノイズ成分を主とする信号と、該ノイズ成分に前記画素に基づく信号成分が重畳された信号と、を異なる前記第1の保持部に保持させ、
前記第2の工程において複数の前記ノイズ成分を主とする信号と、複数の前記重畳された信号とをそれぞれ加算させ、
前記第3の工程において第2の工程で加算されたノイズ成分を主とする信号と、前記重畳された信号とを前記出力部に出力させること
を特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記制御部は、
前記第1の工程において、一または複数の前記画素からの信号を第1の保持部に保持させる動作を順次行わせ、
前記第2の工程において、複数の前記第1の保持部に保持された複数の前記画素からの信号を加算させるとともに、該加算された信号を前記第2の保持部に保持させること、
を特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部はさらに列増幅部を備え、
前記列増幅部は
差動増幅器と、
一方の端子が前記第1の信号線と接続され、他方の端子が前記差動増幅器の反転入力端子と接続されたクランプ容量と、
一方の端子が前記差動増幅器の反転入力端子と接続され、他方の端子が前記差動増幅器の出力端子と接続された帰還容量と、
前記差動増幅器の反転入力端子と出力端子との導通または非導通を切り替えるスイッチと、を含むこと
を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記制御部は、第2の駆動モードにおいて、
前記画素からの信号を前記第1の保持部に保持させる第4の工程と、
前記第1の保持部に保持された信号を前記第2の保持部に保持させる工程と、
前記第2の保持部に保持された信号を出力させる第6の工程と、のうち、
前記第4および第6の工程の少なくとも一部を時間的に重複して行わせ、
前記第1の駆動モードと前記第2の駆動モードとを切り替え可能であること
を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第4の工程において、前記画素からの信号を複数の前記第1の保持部に保持させることを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置。
- 前記読み出し部はさらに、前記複数の第1の保持部と並列に設けられた第3の保持部を備え、
前記制御部は
前記第1の工程において前記第3の保持部と前記第1の保持部とを電気的に接続させ、前記第2の工程において前記第3の保持部と複数の前記第1の保持部とを電気的に接続させること
を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部はさらに、前記複数の第1の保持部からの信号を前記第2の保持部に伝達するインピーダンス変換部を備えることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記インピーダンス変換部は差動増幅器であり、
前記複数の第1の保持部は、一方の端子が互いに短絡されるとともに前記インピーダンス変換部の反転入力端子に接続され、他方の端子が第1のスイッチを介して接続されるとともに第2のスイッチを介して前記インピーダンス変換部の出力端子と接続されること
を特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の保持部の容量値は、前記第2の保持部の容量値よりも小さいことを特徴とする請求項8または9に記載の固体撮像装置。
- 前記複数の画素は行列状に配列されて、
同一の列に配置された複数の前記画素のみが同一の前記第1の信号線に接続され、
前記読み出し部は行列状に配列された前記複数の画素の各列に設けられたたこと
を特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は隣接する列の第2の保持部を接続するスイッチを備え、
前記制御部は前記第3の工程において、前記スイッチを導通させることを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置。 - 前記読み出し部は前記第2の保持部と並列に設けられた第4の保持部を備えることを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。
- 前記行列状に配列された複数の前記画素には、
ベイヤー配列のカラーフィルタが設けられたことを特徴とする請求項11ないし13のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第2の工程において加算される信号は、同色の前記カラーフィルタが設けられた画素に基づく信号であることを特徴とする請求項14に記載の固体撮像装置。
- 請求項1から15のいずれかに記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の画素部に像を形成する光学系と、
前記固体撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、を備えたこと
を特徴とする撮像システム。 - 複数の画素と、
前記複数の画素が共通に接続された第1の信号線と、
前記第1の信号線に接続された読み出し部と、を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記読み出し部は、
互いに並列に設けられた複数の第1の保持部と、
第2の保持部と、を有し、
複数の前記第1の保持部の各々に一または複数の前記画素からの異なる信号を保持させる第1の工程と、
複数の前記第1の保持部に保持された複数の前記画素からの信号を加算して前記第2の保持部に保持する第2の工程と、
前記第2の保持部に保持された信号を出力する第3の工程と、のうち、
前記第1および第3の工程の少なくとも一部を時間的に重複して行わせること
を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 前記読み出し部は少なくとも2つの第2の保持部を有し、
前記固体撮像装置は、少なくとも2の前記第2の保持部から出力された信号の差分を出力する出力部を有し、
前記第1の工程において前記画素に基づくノイズ成分を主とする信号と、該ノイズ成分に前記画素に基づく信号成分が重畳された信号と、を異なる前記第1の保持部に保持させ、
前記第2の工程において複数の前記ノイズ成分を主とする信号と、複数の前記重畳された信号とをそれぞれ加算させ、
前記第3の工程において第2の工程で加算されたノイズ成分を主とする信号と、前記重畳された信号とを前記出力部に出力させること
を特徴とする請求項17に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記第1の工程において、一または複数の前記画素からの信号を第1の保持部に保持させる動作を順次行わせ、
前記第2の工程において、複数の前記第1の保持部に保持された複数の前記画素からの信号を加算させるとともに、該加算された信号を前記第2の保持部に保持させること、
を特徴とする請求項17または18に記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記読み出し部はさらに、前記複数の第1の保持部と並列に設けられた第3の保持部を備え、
前記第1の工程において前記第3の保持部と前記第1の保持部とを電気的に接続させ、前記第2の工程において前記第3の保持部と複数の前記第1の保持部とを電気的に接続させること
を特徴とする請求項17ないし19のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。 - 前記複数の画素は行列状に配列されて、
同一の列に配置された複数の前記画素のみが同一の前記第1の信号線に接続され、
前記読み出し部は行列状に配列された前記複数の画素の各列に設けられ、
前記読み出し部は隣接する列の第2の保持部を接続するスイッチを備え、
前記第3の工程において、前記スイッチを導通させることを特徴とする請求項17ないし20のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。
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