JP6600202B2 - 撮像装置、撮像システム及び撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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以下、本発明の第1実施形態について図1から図4を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成を表すブロック図である。撮像装置は画素アレイ100、垂直走査回路101、列増幅回路102、水平走査回路103、出力回路104、制御回路105を備える。画素アレイ100は、XYの行列状に配置された複数の画素20を備えている。垂直走査回路101は、画素20のトランジスタをオン(導通状態)又はオフ(非導通状態)に制御するための制御信号を供給する。垂直走査回路101には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられ得る。画素20の各列には列信号線8が設けられており、画素20からの信号が列ごとに列信号線8に読み出される。列増幅回路102は列信号線8に出力された画素信号を増幅し、リセット時の信号及び光電変換時の信号に基づく相関二重サンプリング処理を行う。水平走査回路103は、列増幅回路102の増幅器に接続されたスイッチと、該スイッチをオン又はオフに制御するための制御信号を供給する。出力回路104はバッファアンプ、差動増幅器などから構成され、列増幅回路102からの画素信号を撮像装置の外部の信号処理部に出力する。なお、AD変換部を撮像装置に設け、デジタルの画像信号を出力しても良い。
T(n)=(T1+T2)/2 (1)
T(n+1)={(T3+A)+(T4−A)}/2=(T3+T4)/2 (2)
図5乃至図8を参照しつつ第2実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。
図9及び図10を参照しつつ第3実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。図9は、第3実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図10は、第3実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。
図11及び図12を参照しつつ第4実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4及びオーバーフロートランジスタ6の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。図11は、第4実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図12は、第4実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。
図13及び図14を参照しつつ第5実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4及びオーバーフロートランジスタ6の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。図13は、第5実施形態に係る撮像装置の動作タイミングを示すタイミング図である。また、図14は、第5実施形態に係る各フレームにおける読み出し動作を示す模式図である。
図15乃至図18を参照しつつ第6実施形態を説明する。本実施形態は、第1の転送トランジスタ4及びオーバーフロートランジスタ6の駆動方法の点で第1実施形態と異なる。撮像装置の回路構成及びその他のトランジスタの動作は第1実施形態と同様であるため、共通する部分についての説明を省略又は簡略化する。
第7実施形態に係る撮像システムについて説明する。上述の各実施形態の撮像装置は、種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムの一例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図19に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
2 保持部
4 第1の転送トランジスタ
5 第2の転送トランジスタ
6 オーバーフロートランジスタ
10 増幅トランジスタ
20 画素
Claims (12)
- 入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタと、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタと、を各々が有する、複数の画素を有し、
複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷が蓄積され、
前記第1のフレーム期間の次の第2のフレーム期間において、前記第1の露光期間とは期間の長さが異なる第2の露光期間に生じた電荷が蓄積され、
前記第1の露光期間及び前記第2の露光期間の各々は、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになることにより開始し、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオンからオフになり前記電荷が前記光電変換部から前記保持部に転送されることにより終了し、
前記第1の露光期間及び前記第2の露光期間の各々の後に、前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタが前記電荷を前記保持部から前記増幅トランジスタに転送することにより、前記増幅トランジスタが前記電荷に基づく信号を出力するように構成されており、
前記第1の露光期間の時間重心と前記第2の露光期間の時間重心との間隔と、前記第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔とは等しく、
前記複数の画素の各々において、前記第1の露光期間の終了から前記第1の露光期間に生じた前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さと、前記第2の露光期間の終了から前記第2の露光期間に生じた前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さと、が異なっている
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記複数の画素の各々は、前記第1のフレーム期間と前記第2のフレーム期間とにおいて、前記第2の転送トランジスタが前記電荷を前記保持部から前記増幅トランジスタに転送するタイミングが同じである
ことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 - 前記複数の画素のそれぞれで、前記第1の転送トランジスタがオフからオンになり、その後再びオフになる動作が複数回繰り返されることにより、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間に生じた前記電荷が、前記光電変換部から前記保持部に複数回にわたって転送され、
前記複数回の前記第1の転送トランジスタの動作のうちの最後にオフになる動作により、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が終了する
ことを特徴とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記第1の転送トランジスタがオフからオンになり、その後再びオフになる複数回の動作において、前記第1の転送トランジスタがオフになるタイミングが一定の間隔である
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が開始した後に、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオフからオンになり、
その後、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタがオンからオフになることにより前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が終了するまでの期間、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタがオンに維持される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになり、その後再び同時にオンになる動作が複数回繰り返されることにより、1回の露光期間が複数に分割され、
前記複数回の前記オーバーフロートランジスタの動作のうちの最初にオフになる動作により、前記第1の露光期間又は前記第2の露光期間が開始する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記第1の露光期間の一部において、前記複数の画素の前記光電変換部が、入射光によって生じた前記電荷を蓄積する動作と並行して、
前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタが、前記保持部の保持する前記電荷を前記増幅トランジスタに転送し、
前記複数の画素で順に、前記増幅トランジスタが、前記電荷に基づく信号を出力する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタと、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタと、を各々が有する、複数の画素を有し、
複数のフレーム期間に対応して、それぞれ所定の期間に生じた電荷を蓄積する複数の蓄積動作を行い、
前記複数の蓄積動作は、互いに前記所定の期間の異なる第1の蓄積動作及び第2の蓄積動作を少なくとも含み、
前記所定の期間は、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになることにより開始し、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオンからオフになり前記電荷が前記光電変換部から前記保持部に転送されることにより終了し、
前記所定の期間の後に、前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタが前記電荷を前記保持部から前記増幅トランジスタに転送することにより、前記増幅トランジスタが前記電荷に基づく信号を出力するように構成されており、
前記複数の蓄積動作において、前記所定の期間の時間重心が一定の間隔であり、
前記複数の画素の各々において、前記第1の蓄積動作が行われる前記所定の期間の終了から前記第1の蓄積動作によって蓄積された前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さと、前記第2の蓄積動作が行われる前記所定の期間の終了から前記第2の蓄積動作によって蓄積された前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さと、が異なっている
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記複数の蓄積動作のそれぞれにおける前記時間重心は、前記所定の期間の開始時刻と前記所定の期間の終了時刻との中間の時刻である
ことを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 - 入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタと、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタと、を各々が有する、複数の画素を有し、
複数のフレーム期間の各々は、電荷の蓄積が行われる露光期間を含み、
前記露光期間は、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタが同時にオンからオフになることにより開始し、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタが同時にオンからオフになり前記露光期間に生じた前記電荷が前記光電変換部から前記保持部に転送されることにより終了し、
前記露光期間の後に、前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタが、前記露光期間に生じた前記電荷を前記保持部から前記増幅トランジスタに転送することにより、前記増幅トランジスタが、前記露光期間に生じた前記電荷に基づく信号を出力するように構成されており、
前記複数のフレーム期間のうちの、長さが同一でかつ連続する2つのフレーム期間において、前記露光期間の長さが互いに異なり、かつ、前記露光期間の開始時刻と終了時刻との中間の時刻の間隔がフレーム期間の長さと同一であり、
前記複数の画素の各々は、前記2つのフレーム期間において、前記露光期間の終了から前記露光期間に生じた前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さが異なっている
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と
を有する撮像システム。 - 入射光に応じて電荷を生成する光電変換部と、前記電荷を保持する保持部と、前記電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタと、前記光電変換部から前記保持部に前記電荷を転送する第1の転送トランジスタと、前記保持部から前記増幅トランジスタに前記電荷を転送する第2の転送トランジスタと、前記光電変換部から前記電荷を排出するオーバーフロートランジスタと、を各々が有する、複数の画素を有する撮像装置の駆動方法であって、
複数のフレーム期間のうちの第1のフレーム期間において、第1の露光期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第1のフレーム期間の次の第2のフレーム期間において、前記第1の露光期間とは期間の長さが異なる第2の露光期間に生じた電荷を蓄積し、
前記第1の露光期間及び前記第2の露光期間の各々は、前記複数の画素の前記オーバーフロートランジスタを同時にオンからオフにすることにより開始し、前記複数の画素の前記第1の転送トランジスタを同時にオンからオフにして前記電荷を前記光電変換部から前記保持部に転送することにより終了し、
前記第1の露光期間及び前記第2の露光期間の各々の後に、前記複数の画素で順に、前記第2の転送トランジスタにより前記電荷を前記保持部から前記増幅トランジスタに転送することにより、前記増幅トランジスタにより前記電荷に基づく信号を出力し、
前記第1の露光期間の時間重心と前記第2の露光期間の時間重心との間隔と、前記第1のフレーム期間の時間重心と第2のフレーム期間の時間重心の間隔とは等しく、
前記複数の画素の各々において、前記第1の露光期間の終了から前記第1の露光期間に生じた前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さと、前記第2の露光期間の終了から前記第2の露光期間に生じた前記電荷が前記第2の転送トランジスタによって前記増幅トランジスタに転送されるまでの期間の長さと、が異なっている
ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
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