JP6727938B2 - 撮像装置、撮像装置の制御方法、及び撮像システム - Google Patents
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Description
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。撮像装置は画素部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。画素部100は、行列状に配置された複数の画素10を備える。垂直走査回路101は、画素10に含まれる複数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。画素10の各列には列信号線5が設けられており、画素10からの信号が列ごとに列信号線5に読み出される。列増幅回路102は、列信号線5に出力された画素信号を増幅し、画素10の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などの処理を行う。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、撮像装置の内部の列増幅回路102は、偽信号成分の補正などの信号処理を行う信号処理回路の機能を含んでもよい。また、AD変換部を更に撮像装置に設けることにより、撮像装置がデジタルの画素信号を出力する構成であってもよい。
以下、第2実施形態に係る撮像装置について説明する。先の第1実施形態では、1フレーム期間が開始してから終了するまでオーバーフロートランジスタM6をオフのままとした。これに対し、本実施形態では、オーバーフロートランジスタM6を1フレーム期間に複数回オン及びオフすることによって、光電変換部1の蓄積期間の長さを調整する。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成の説明に関しては省略する。
以下、第3実施形態に係る撮像装置について説明する。本実施形態では、第2実施形態とは別の、オーバーフロートランジスタM6を制御して光電変換部1の蓄積期間の長さを調整する方法について説明する。以下、第2実施形態と異なる構成を中心に説明し、第2実施形態と同様の構成の説明については省略する。
以下、第4実施形態に係る撮像システムについて、図10を用いて説明する。本実施形態の撮像システムは、第1〜第3実施形態の撮像装置を備えるものであり、例えば、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、観測衛星などが挙げられる。また、撮像システムには、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含まれる。図10には、撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。図10に示す撮像システムは、レンズ保護バリア1001、レンズ1002、絞り1003、撮像装置1004、信号処理部1007を備える。また、タイミング発生部1008、制御部1009、メモリ部1010、記録媒体I/F部1011、記録媒体1012、外部I/F部1013を備える。
上述の実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施が可能である。上述の実施形態においては、光電変換部1に生じた電子−ホール対のうちの電子の電荷量を測定する構成を示したが、ホールの電荷量を測定する構成としてもよい。この場合、画素10を構成するトランジスタの導電型は、上述の実施形態の説明とは逆の導電型になる。また、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの導電型等に応じて置換され得ることもある。
2A :第1保持部
2B :第2保持部
3 :浮遊拡散部
4 :電源電圧線
5 :列信号線
10 :画素
101 :垂直走査回路
103 :水平走査回路
M1A :第1転送トランジスタ
M1B :第2転送トランジスタ
M2A :第3転送トランジスタ
M2B :第4転送トランジスタ
M3 :増幅トランジスタ
M4 :選択トランジスタ
M5 :リセットトランジスタ
M6 :オーバーフロートランジスタ
Claims (14)
- 照射された光を光電変換して生じた信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記信号電荷を保持する第1保持部及び第2保持部と、前記第1保持部又は前記第2保持部が保持する前記信号電荷の電荷量に基づく信号を列信号線に出力する出力部と、前記光電変換部から前記第1保持部へ前記信号電荷を転送する第1転送トランジスタと、前記光電変換部から前記第2保持部へ前記信号電荷を転送する第2転送トランジスタと、前記第1保持部から前記出力部へ前記信号電荷を転送する第3転送トランジスタと、前記第2保持部から前記出力部へ前記信号電荷を転送する第4転送トランジスタと、を有する行列状に配された複数の画素と、
前記第1転送トランジスタ、前記第2転送トランジスタ、前記第3転送トランジスタ、及び前記第4転送トランジスタを制御する垂直走査回路と、を備え、
前記光電変換部の蓄積容量は、前記第1保持部の蓄積容量及び前記第2保持部の蓄積容量よりも小さく、
前記第1保持部は、第1フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を保持し、
前記第2保持部は、前記第1フレーム期間よりも前の期間であって、前記第1フレーム期間と重ならない第2フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を保持し、
前記垂直走査回路は、前記第1フレーム期間の間に、前記第1転送トランジスタを複数回、オン及びオフに制御することにより、前記第1フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を、前記複数回の転送動作によって前記第1保持部へと転送するように構成されており、
前記第1フレーム期間は、
前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタがオフの状態で前記光電変換部が前記信号電荷の蓄積を開始する第1時刻から、前記第1時刻の後に前記第1転送トランジスタが最初にオンになる第2時刻までの期間であって、前記信号電荷が前記光電変換部のみにおいて保持される第1期間と、
前記第2時刻から、前記第1期間の後に前記第1転送トランジスタが最初にオンになる第3時刻までの期間であって、前記信号電荷が前記光電変換部及び前記第1保持部において保持される第2期間と、を含み、
前記垂直走査回路は、少なくとも1つの行において、前記第1フレーム期間の前記第1期間の間に前記第4転送トランジスタをオンにすることにより、前記第2フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を前記第2保持部から前記出力部へ出力するように構成されている
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記第1保持部及び前記第2保持部は、前記光電変換部から転送される前記信号電荷を保持するフレーム期間の次のフレーム期間において、保持している前記信号電荷を前記出力部へ出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記垂直走査回路は、前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタを制御して、前記光電変換部が前記信号電荷を蓄積する蓄積期間を、前記複数の画素間で一致させる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記垂直走査回路は、前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタを制御して、1フレーム期間に前記光電変換部に発生する前記信号電荷を、複数回に分けて前記光電変換部から前記第1保持部又は前記第2保持部へ転送する
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。 - 前記画素は、前記光電変換部が蓄積する前記信号電荷を排出するオーバーフロートランジスタを更に有し、
前記垂直走査回路は、前記オーバーフロートランジスタを制御して、前記複数回の前記蓄積期間の長さを調整する
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記蓄積期間を、前記オーバーフロートランジスタをオフしてから前記第1転送トランジスタ又は前記第2転送トランジスタをオンするまでの期間として制御する
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 前記蓄積期間を、前記オーバーフロートランジスタをオフしてからオンするまでの期間として制御する
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 前記蓄積期間の長さをフレーム毎に変化させる
ことを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記蓄積期間の長さをフレーム毎に変化させて得られた複数の画像からHDR画像を合成する
ことを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。 - 前記第1保持部又は前記第2保持部に前記信号電荷を保持している保持期間が、前記蓄積期間よりも長い
ことを特徴とする請求項3から9のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1フレーム期間と前記第2フレーム期間とが交互に行われる
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記垂直走査回路は、前記第2フレーム期間の間に、前記第2転送トランジスタを複数回、オン及びオフに制御することにより、前記第2フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を、前記複数回の転送動作によって前記第2保持部へと転送するように構成されており、
前記第2フレーム期間は、
前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタがオフの状態で前記光電変換部が前記信号電荷の蓄積を開始する第4時刻から、前記第4時刻の後に前記第2転送トランジスタが最初にオンになる第5時刻までの期間であって、前記信号電荷が前記光電変換部のみにおいて保持される第3期間と、
前記第5時刻から、前記第3期間の後に前記第2転送トランジスタが最初にオンになる第6時刻までの期間であって、前記信号電荷が前記光電変換部及び前記第2保持部において保持される第4期間と、を含み、
前記垂直走査回路は、前記第2フレーム期間の前記第3期間の間に前記第3転送トランジスタをオンにすることにより、前記第1フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を前記第1保持部から前記出力部へ出力するように構成されている
ことを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。 - 照射された光を光電変換して生じた信号電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記信号電荷を保持する第1保持部及び第2保持部と、前記第1保持部又は前記第2保持部が保持する前記信号電荷の電荷量に基づく信号を列信号線に出力する出力部と、前記光電変換部から前記第1保持部へ前記信号電荷を転送する第1転送トランジスタと、前記光電変換部から前記第2保持部へ前記信号電荷を転送する第2転送トランジスタと、前記第1保持部から前記出力部へ前記信号電荷を転送する第3転送トランジスタと、前記第2保持部から前記出力部へ前記信号電荷を転送する第4転送トランジスタと、を有する行列状に配された複数の画素を備え、前記光電変換部の蓄積容量が前記第1保持部の蓄積容量及び前記第2保持部の蓄積容量よりも小さい撮像装置の制御方法であって、
第1フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を前記第1保持部が保持するステップであって、前記第1フレーム期間の間に、前記第1転送トランジスタを複数回、オン及びオフに制御することにより、前記第1フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を、前記複数回の転送動作によって前記第1保持部へと転送するように構成されており、前記第1フレーム期間が、
前記第1転送トランジスタ及び前記第2転送トランジスタがオフの状態で前記光電変換部が前記信号電荷の蓄積を開始する第1時刻から、前記第1時刻の後に前記第1転送トランジスタが最初にオンになる第2時刻までの期間であって、前記信号電荷が前記光電変換部のみにおいて保持される第1期間と、
前記第2時刻から、前記第1期間の後に前記第1転送トランジスタが最初にオンになる第3時刻までの期間であって、前記信号電荷が前記光電変換部及び前記第1保持部において保持される第2期間と、を含む、ステップと、
前記第1フレーム期間よりも前の期間であって、前記第1フレーム期間と重ならない第2フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を前記第2保持部が保持するステップと、
少なくとも1つの行において、前記第1フレーム期間の前記第1期間の間に前記第4転送トランジスタをオンに制御することにより、前記第2フレーム期間の間に生じた前記信号電荷を前記第2保持部から前記出力部へ出力するステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 請求項1から12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装置と、
を備えることを特徴とする撮像システム。
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