JP5322816B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
図1から図4に加えて、図5から図9を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図5は、本発明の第1の実施形態における撮像素子2の画素配列を示す図である。60が、光電変換素子を備えた感光画素(図3)が配列された有効画素領域である。61が、遮光された画素(第1の黒基準画素)が配列された第1のOB領域(黒基準画素領域)である。62が、遮光された画素(第2の黒基準画素)が配列された第2のOB領域(黒基準画素領域)である。ここで、図2においては、撮像素子2の画素数は、水平方向3画素、垂直方向3画素として説明したが、図5においては、黒基準信号を用いたクランプ動作や縦スジノイズの補正動作(縦スジノイズ補正処理)を行うのに十分な画素数を備えているものとする。
次に、第1のOB領域61をHOB領域、第2のOB領域62をVOB領域とし、それぞれに、第1の遮光画素910を配列させた場合の撮像装置の動作について説明する。本実施形態の撮像装置においては、撮像素子2から出力される出力信号は前処理部4においてクランプされる。この時、VOB領域である第2のOB領域62から読み出される黒基準信号を用いてVOBクランプを実施し、HOB領域である第1のOB領域61から読み出される黒基準信号を用いてHOBクランプを実施することができる。
HOB領域である第1のOB領域61の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W2およびゲート長(チャネル長)L2と、有効画素領域60の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W1およびゲート長(チャネル長)L1の関係を、第1のOB領域のW2>有効画素領域のW1、かつ、第1のOB領域のL2>有効画素領域のL1とすれば、HOB領域の駆動トランジスタTd1が発生するノイズを低減することができるので、誤クランプを防止することができる。
VOB領域である第2のOB領域62の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W2およびゲート長(チャネル長)L2と、有効画素領域60の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W1およびゲート長(チャネル長)L1の関係を、第2のOB領域のW2>有効画素領域のW1、かつ、第2のOB領域のL2>有効画素領域のL1とすれば、VOB領域の駆動トランジスタTd1が発生するノイズを低減することができるので、縦スジノイズの誤補正を防止することができる。
HOB領域である第1のOB領域61の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W2およびゲート長(チャネル長)L2と、VOB領域である第2のOB領域62の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W2およびゲート長(チャネル長)L2と、有効画素領域60の駆動トランジスタTd1のゲート幅(チャネル幅)W1およびゲート長(チャネル長)L1の関係を、第1のOB領域のW2>有効画素領域のW1、かつ、第1のOB領域のL2>有効画素領域のL1、かつ、第2のOB領域のW2>有効画素領域のW1、かつ、第2のOB領域のL2>有効画素領域のL1とすることで、HOB領域の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの低減による誤クランプの防止とともに、VOB領域の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの低減による縦スジノイズの誤補正を防止することができる。
次に、図1から図9に加えて、図10を参照して、本発明の第2の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
第2の遮光画素920においては、ゲート幅(チャネル幅)W3とゲート長(チャネル長)L3を大きくとるために、光電変換素子D1の面積を削減している。ゲート幅(チャネル幅)W3を広くするために、光電変換素子D1の垂直方向の面積を削減し、ゲート長(チャネル長)L3を長くするために、光電変換素子D1の水平方向の面積を削減している。なお、第2の遮光画素920においては、光に対して感度が必要なわけではないので、光電変換素子D1の面積を削減しても、読み出される黒基準信号に対する影響は少なくて済む。
有効画素領域60のゲート幅(チャネル幅)W1とゲート長(チャネル長)L1に対する、第1のOB領域61および第2のOB領域62それぞれのゲート幅(チャネル幅)W3とゲート長(チャネル長)L3の関係を、第1の実施形態と同様にして実施することで、ノイズ低減効果があることは明らかである。
有効画素領域60のゲート幅(チャネル幅)W1とゲート長(チャネル長)L1に対する、第1のOB領域61のゲート幅(チャネル幅)W2とゲート長(チャネル長)L2の関係を、第1の実施形態と同様にして実施することで、ノイズ低減効果があることは明らかである。同じく、有効画素領域60のゲート幅(チャネル幅)W1とゲート長(チャネル長)L1に対する、第2のOB領域62それぞれのゲート幅(チャネル幅)W3とゲート長(チャネル長)L3の関係を、第1の実施形態と同様にして実施することで、ノイズ低減効果があることは明らかである。
次に、図1から図10に加えて、図11から図13を参照して、本発明の第3の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1および第2の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
有効画素領域60のゲート幅(チャネル幅)W1とゲート長(チャネル長)L1に対する、第1のOB領域61のゲート幅(チャネル幅)W2とゲート長(チャネル長)L2の関係を、第1の実施形態と同様にして実施することで、ノイズ低減効果があることは明らかである。同じく、有効画素領域60のゲート幅(チャネル幅)W1とゲート長(チャネル長)L1に対する、第2のOB領域62それぞれのゲート幅(チャネル幅)W4とゲート長(チャネル長)L4の関係を、第1の実施形態と同様にして実施することで、ノイズ低減効果があることは明らかである。この時、VOB領域に配列された第3の遮光画素930は光電変換素子D1を備えていないので、第1の遮光画素910に比べて、読み出される黒基準信号のノイズが少ないため、ノイズに敏感な縦スジノイズの補正に有効である。
次に、図1からから図13に加えて、図14を参照して、本発明の第4の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1から第3の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。
この時は、第3のOB領域および第4のOB領域のゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lの条件を第4のOB領域のW>第3のOB領域のW>有効画素領域のW1、かつ、第4のOB領域のL>第3のOB領域のL>有効画素領域のL1とすることで、第4のOB領域64の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの方をより低減することができるので、ノイズに敏感なHOBクランプの誤補正をさらに防止することができる。
第3のOB領域63が、第1の遮光画素910の時には、第4のOB領域64には、第2の遮光画素920、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のいずれか一つを配列させる。これにより、第1の遮光画素910に比べて、ゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lを大きくする余裕が生じるので、本実施形態の(1)の条件を満たすことができる。
第5のOB領域および第6のOB領域のゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lの条件を第5のOB領域のW>第6のOB領域のW>有効画素領域のW1、かつ、第5のOB領域のL>第6のOB領域のL>有効画素領域のL1とする。これにより、第5のOB領域65の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの方をより低減することができるので、ノイズに敏感な縦スジノイズの誤補正をさらに防止することができる。
第6のOB領域66が、第1の遮光画素910の時には、第5のOB領域65には、第2の遮光画素920、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のいずれか一つを配列させる。これにより、第1の遮光画素910に比べて、ゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lを大きくする余裕が生じるので、本実施形態の(1)の条件を満たすことができる。
図14(E)は、図14(A)の画素配列の変形例を示す図である。60が、光電変換素子を備えた感光画素110が配列された有効画素領域である。630、640、650、651、652、660、661、および662が、それぞれ、遮光された画素が配列されたOB領域である。ここで、OB領域630、640、650、651、652、660、661、および662に対しては、第1の遮光画素910、第2の遮光画素920、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のどの遮光画素を配列させても、感光画素110と比べて、駆動トランジスタTd1が発生するノイズを低減する効果があることは、第1から第3の実施形態から明らかである。
次に、図1から図14に加えて、図15を参照して、本発明の第5の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1から第4の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。図15(A)は、本実施形態における撮像素子2の画素配列を示す図の一例である。60が、光電変換素子を備えた感光画素110が配列された有効画素領域である。63、64、69および70が、それぞれ、遮光された画素が配列された第3のOB領域、第4のOB領域、第9のOB領域および第10のOB領域である。ここで、第3のOB領域63を第1のHOB領域、第4のOB領域64を第2のHOB領域、第9のOB領域69を第4のVOB領域および第10のOB領域70を第5のVOB領域とした場合の撮像装置の動作について説明する。
この時は、第3のOB領域および第4のOB領域のゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lの条件を第4のOB領域のW>第3のOB領域のW>有効画素領域のW1、かつ、第4のOB領域のL>第3のOB領域のL>有効画素領域のL1とする。これにより、第4のOB領域64の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの方をより低減することができるので、ノイズに敏感なHOBクランプの誤補正をさらに防止することができる。
第3のOB領域63が、第1の遮光画素910の時には、第4のOB領域64には、第2の遮光画素920、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のいずれか一つを配列させることで、第1の遮光画素910に比べて、ゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lを大きくする余裕が生じる。そのため、本実施形態の(1)の条件を満たすことができる。同様に、第3のOB領域63が、第2の遮光画素920の時には、第4のOB領域64には、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のいずれか一つを配列させること、および、第3のOB領域63が、第3の遮光画素930の時には、第4のOB領域64には、第4の遮光画素940を配列させることにより、本実施形態の(1)の条件を満たすことができる。これにより、第4のOB領域64の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの方をより低減することができるので、ノイズに敏感なHOBクランプの誤補正をさらに防止することができる。
この時は、第9のOB領域および第10のOB領域のゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lの条件を第10のOB領域のW>第9のOB領域のW>有効画素領域のW1、かつ、第10のOB領域のL>第9のOB領域のL>有効画素領域のL1とする。これにより、第10のOB領域70の駆動トランジスタTd1が発生するノイズの方をより低減することができるので、ノイズに敏感な縦スジノイズの誤補正をさらに防止することができる。
第9のOB領域69が、第1の遮光画素910の時には、第10のOB領域70には、第2の遮光画素920、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のいずれか一つを配列させる。これにより、第1の遮光画素910に比べて、ゲート幅(チャネル幅)Wおよびゲート長(チャネル長)Lを大きくする余裕が生じるので、本実施形態の(1)の条件を満たすことができる。同様に、第9のOB領域69が、第2の遮光画素920の時には、第10のOB領域70には、第3の遮光画素930および第4の遮光画素940のいずれか一つを配列させること、および、第9のOB領域69が、第3の遮光画素930の時には、第10のOB領域70には、第4の遮光画素940を配列させることにより、本実施形態の(1)の条件を満たすことができる。
次に、図1から図15に加えて、図16から図23を参照して、本発明の第6の実施形態である撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、撮像装置の基本的な構成と動作及び撮像素子の基本的な構成と動作は、上記第1から第5の実施形態と同様であるので、図および符号を流用して説明する。図16から図18は、光電変換素子を備えた遮光画素のレイアウトの変形例を示す図である。図9の第1の遮光画素910と同じ構成の部分は、同じ数字と記号を用いている。また、遮光はされているが、遮光部801の図示は省略する。断面については、図7と同様である。
感光画素110と比べて、駆動トランジスタTd1が発生するノイズを低減する効果があるのは、第1から第3の実施形態から明らかである。それに加えて、遮光画素911あるいは931の水平方向の大きさが、感光画素110より小さくなっているので、同じ面積であれば、遮光画素の数を増やすことができるので、その分、ノイズを低減する効果が向上することになる。また、遮光画素の数が同じで十分な場合は、HOB領域の面積を削減できるので、製造コストの削減になる。
感光画素110と比べて、駆動トランジスタTd1が発生するノイズを低減する効果があるのは、第1から第3の実施形態から明らかである。それに加えて、遮光画素912、932あるいは934の垂直方向の大きさが、感光画素110より小さくなっているので、同じ面積であれば、遮光画素の数を増やすことができるので、その分、ノイズを低減する効果が向上することになる。また、遮光画素の数が同じで十分な場合は、VOB領域の面積を削減できるので、製造コストの削減になる。
感光画素110と比べて、駆動トランジスタTd1が発生するノイズを低減する効果があるのは、第1から第3の実施形態から明らかである。それに加えて、遮光画素911あるいは931の水平方向の大きさが、感光画素110より小さくなっていること、および、遮光画素912、932あるいは934の垂直方向の大きさが、感光画素110より小さくなっていることにより、同じ面積であれば、遮光画素の数を増やすことができるので、その分、ノイズを低減する効果が向上することになる。また、遮光画素の数が同じで十分な場合は、HOB領域およびVOB領域の面積を削減できるので、製造コストの削減になる。
OB領域630には、第1のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域640には、第2のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域650には、第1のVOB領域として遮光画素912を配列させる。OB領域651には、第1のVOB領域として遮光画素913を配列させる。OB領域652には、第2のHOB領域として遮光画素913を配列させる。OB領域660には、第2のVOB領域として遮光画素912を配列させる。OB領域661および662には、第2のVOB領域として遮光画素913を配列させる。
OB領域630には、第1のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域640には、第2のHOB領域として遮光画素931を配列させる。OB領域650には、第1のVOB領域として遮光画素912を配列させる。OB領域651には、第1のVOB領域として遮光画素913を配列させる。OB領域652には、第2のHOB領域として遮光画素933を配列させる。OB領域660には、第2のVOB領域として遮光画素932を配列させる。OB領域661には、第2のVOB領域として遮光画素933を配列させる。OB領域662には、第2のVOB領域として遮光画素933を配列させる。
OB領域630には、第1のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域640には、第2のHOB領域として遮光画素931を配列させる。OB領域650には、第1のVOB領域として遮光画素932を配列させる。OB領域651には、第1のVOB領域として遮光画素933を配列させる。OB領域652には、第2のHOB領域として遮光画素933を配列させる。OB領域660には、第2のVOB領域として、遮光画素934を配列させる。OB領域661には、第2のVOB領域として遮光画素935を配列させる。OB領域662には、第2のVOB領域として遮光画素935を配列させる。
OB領域630には、第1のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域640には、第2のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域690には、第4のVOB領域として遮光画素912を配列させる。OB領域691には、第4のVOB領域として遮光画素913を配列させる。OB領域692には、第4のVOB領域として遮光画素913を配列させる。OB領域700には、第5のVOB領域として遮光画素932を配列させる。OB領域701および702には、第5のVOB領域として遮光画素933を配列させる。
OB領域630には、第1のHOB領域として遮光画素911を配列させる。OB領域640には、第2のHOB領域として遮光画素931を配列させる。OB領域690には、第4のVOB領域として遮光画素932を配列させる。OB領域691には、第4のVOB領域として遮光画素933を配列させる。OB領域692には、第4のVOB領域として遮光画素933を配列させる。OB領域700には、第5のVOB領域として遮光画素934を配列させる。OB領域701には、第5のVOB領域として遮光画素935を配列させる。OB領域702には、第2のHOB領域として遮光画素935を配列させる。
Claims (10)
- 第1の黒基準画素、前記第1の黒基準画素とは異なる第2の黒基準画素、および有効画素を備えた撮像素子と、
前記第1の黒基準画素の出力信号に基づいて前記有効画素の出力信号に第1の処理を施し、前記第2の黒基準画素の出力信号に基づいて前記有効画素の出力信号に第2の処理を施す処理手段とを備え、
前記第1の黒基準画素および前記第2の黒基準画素は、それぞれ電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、該電荷電圧変換部の電圧を増幅するためのソースフォロア回路を構成する少なくともひとつのトランジスタを備えた画素内アンプを有し、
前記第1の黒基準画素と前記第2の黒基準画素とで、前記画素内アンプのトランジスタのゲート幅及びゲート長のうちの少なくともひとつが異なることを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の黒基準画素の画素内アンプのトランジスタのゲート幅が、前記第2の黒基準画素の画素内アンプのトランジスタのゲート幅よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1の黒基準画素の画素内アンプのトランジスタのゲート長が、前記第2の黒基準画素の画素内アンプのトランジスタのゲート長よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記有効画素は、光信号を電荷に変換する光電変換部、電荷電圧変換部、および画素内アンプを有し、
前記有効画素の画素内アンプは、前記電荷電圧変換部に接続されてソースフォロア回路を構成する少なくともひとつのトランジスタを有し、前記第2の黒基準画素と前記有効画素とで、前記画素内アンプの構成が異なることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第2の黒基準画素と前記有効画素とで、前記画素内アンプのトランジスタのゲート幅およびゲート長のうちの少なくともひとつが異なることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記第2の黒基準画素の画素内アンプのトランジスタのゲート幅が、前記有効画素の画素内アンプのトランジスタのゲート幅より広いことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
- 前記第2の黒基準画素の画素内アンプのトランジスタのゲート長が、前記有効画素の画素内アンプのトランジスタのゲート長より長いことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
- 前記第1の黒基準画素は光電変換部を備えていないことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1の処理は、水平方向におけるクランプ処理またはデジタルクランプ処理であり、前記第2の処理は、垂直方向におけるクランプ処理または縦スジノイズ補正処理であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 第1の黒基準画素、前記第1の黒基準画素とは異なる第2の黒基準画素、および有効画素を備えた撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記第1の黒基準画素および前記第2の黒基準画素は、それぞれ電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、該電荷電圧変換部の電圧を増幅するためのソースフォロア回路を構成する少なくともひとつのトランジスタを備えた画素内アンプを有するとともに、前記第1の黒基準画素と前記第2の黒基準画素とで、前記画素内アンプのトランジスタのゲート幅及びゲート長のうちの少なくともひとつが異なり、
前記第1の黒基準画素の出力信号に基づいて前記有効画素の出力信号に第1の処理を施し、前記第2の黒基準画素の出力信号に基づいて前記有効画素の出力信号に第2の処理を施すことを特徴とする制御方法。
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