JP6889571B2 - 撮像装置および撮像システム - Google Patents
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Description
図1は本実施形態における撮像装置のブロック図である。撮像装置は、例えばCMOSイメージセンサであって、画素部1、垂直走査回路2、列回路3、制御回路4、水平走査回路5、RAMP信号生成回路401、リセット信号生成回路402、403、カウンタ410、信号処理回路61、62、電流源160、161を備える。
図3は本実施形態における撮像装置のブロック図である。本実施形態においては、焦点検出信号のためのコンパレータA2は複数の制御信号によって制御され得る。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に本実施形態を説明する。図3において、第1実施形態と同様の機能を有する部材には同じ参照符号が付されている。
図5は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第2実施形態と異なる構成を中心に本実施形態を説明する。図5において、第2実施形態と同様の機能を有する部材には同じ参照符号が付されている。
図6は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第3実施形態と異なる構成を中心に本実施形態を説明する。図6において、第3実施形態と同様の機能を有する要素には同じ参照符号が付されている。
図7は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第4実施形態と異なる構成を中心に本実施形態を説明する。図7において、第4実施形態と同様の機能を有する部材には同じ参照符号が付されている。
図9は本実施形態における撮像装置のブロック図である。本実施形態においては、画素10の光電変換部11A、11Bは浮遊拡散領域12、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3を共有している。以下、第1実施形態と異なる構成を中心に本実施形態を説明する。
図12は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第6実施形態と異なる構成を中心に説明する。図12において、第6実施形態と同様の機能を有する要素には同じ参照符号が付されている。
図13は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第7実施形態と異なる点を中心に説明する。本実施形態における列回路3は、さらに反転増幅回路A11、A12、可変容量C34、C35を備える。反転増幅回路A11、A12はコンパレータA1、A2の前段にそれぞれ設けられている。反転増幅回路A11の入力端子は入力容量C30を介して列信号線L1に接続され、反転増幅回路A11の出力端子は入力容量C10を介してコンパレータA1の反転入力端子に接続されている。反転増幅回路A12の入力端子は、入力容量C33を介して列信号線L2に接続されるとともに、トランジスタスイッチM30を介して列信号線L1に接続されている。反転増幅回路A12の出力端子は、入力容量C20を介してコンパレータA2の反転入力端子に接続されている。可変容量C34、C35は、反転増幅回路A11、A12のフィードバック回路をそれぞれ構成している。可変容量C34、C35の容量は制御信号GAIN1、GAIN2の電圧によって変更可能である。このため、反転増幅回路A11、A12のゲインを独立に変更することができる。
図14は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第5実施形態、第8実施形態と異なる点を中心に説明する。
図17は本実施形態における撮像装置のブロック図である。以下、第6実施形態と異なる構成を中心に説明する。
図19は本実施形態における撮像装置のブロック図である。第1乃至第10実施形態における撮像装置は、1列あたりに2本の列信号線L1、L2を備えているが、列信号線の本数は限定されない。例えば、図19に示すように、1列あたりに4本の列信号線を設け、画素部1の上下にそれぞれ対をなす列回路部30A、30B、水平走査回路5A、5B、信号処理回路61A、62A、61B、62Bを設けても良い。さらに、1列あたりの列信号線を8本としても良い。このように、1列あたりの列信号線の本数を増やすことにより、高速に信号を読み出すことが可能となる。なお、この場合においても、画像信号、焦点検出信号の読み出しモードに応じて、列回路を個別に制御することができる。
上述の実施形態における撮像装置は種々の撮像システムに適用可能である。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星、監視カメラなどがあげられる。図20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。
図21(a)、図21(b)は、本発明の第13実施形態における車戴カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム2000は、上述した実施形態の撮像装置1004を有する。撮像システム2000は、撮像装置1004により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部2030と、撮像システム2000により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差算出部2040を有する。また、撮像システム2000は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部2050と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部2060とを有する。ここで、視差算出部2040、距離計測部2050は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部2060はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
本発明は、上述の実施形態に限らず種々の変形が可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
2 垂直走査回路
3 列回路
4 制御回路
5 水平走査回路
160、161 電流源
A1、A2 コンパレータ
A11、A12 反転増幅回路
A21、A22 ソースフォロワ
L1、L2 列信号線
Claims (25)
- 複数の光電変換部をそれぞれが備え、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられた1または複数の信号線と、
前記各列に対して設けられ、前記信号線を介して前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す複数の読み出し回路と、
1つの列に対応する前記複数の読み出し回路を個別に制御可能な制御回路とを備え、
前記複数の光電変換部は対をなす第1の光電変換部および第2の光電変換部を含み、
前記複数の読み出し回路は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の加算信号を読み出し可能な第1の読み出し回路と、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部のいずれかの一の信号を読出し可能な第2の読み出し回路とを備え、
前記第2の読み出し回路は、さらに前記加算信号を読み出し可能であることを特徴とする撮像装置。 - 前記複数の信号線は第1の信号線および第2の信号線を備え、
前記画素は、前記第1の光電変換部の電荷に基づく第1の信号を前記第1の信号線に出力する第1の増幅トランジスタと、前記第2の光電変換部の電荷に基づく第2の信号を前記第2の信号線に出力する第2の増幅トランジスタとを備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 複数の光電変換部をそれぞれが備え、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられた1または複数の信号線と、
前記各列に対して設けられ、前記信号線を介して前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す複数の読み出し回路と、
1つの列に対応する前記複数の読み出し回路を個別に制御可能な制御回路とを備え、
前記複数の光電変換部は対をなす第1の光電変換部および第2の光電変換部を含み、
前記複数の読み出し回路は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の加算信号を読み出し可能な第1の読み出し回路と、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部のいずれかの一の信号を読出し可能な第2の読み出し回路とを備え、
前記複数の信号線は第1の信号線および第2の信号線を備え、
前記画素は、前記第1の光電変換部の電荷に基づく第1の信号を前記第1の信号線に出力する第1の増幅トランジスタと、前記第2の光電変換部の電荷に基づく第2の信号を前記第2の信号線に出力する第2の増幅トランジスタとを備え、
前記第1の読み出し回路および前記第2の読み出し回路は、前記第1の信号線に出力された前記第1の信号と前記第2の信号線に出力された前記第2の信号とを加算することを特徴とする撮像装置。 - 前記第1の読み出し回路および前記第2の読み出し回路のそれぞれは、同一の前記画素から出力された前記第1の信号と前記第2の信号とを加算することを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記複数の画素は複数の領域に分かれて配置され、前記制御回路は前記領域毎に前記第2の読み出し回路の動作状態および非動作状態を制御可能であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 複数の光電変換部をそれぞれが備え、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられた1または複数の信号線と、
前記各列に対して設けられ、前記信号線を介して前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す複数の読み出し回路と、
1つの列に対応する前記複数の読み出し回路を個別に制御可能な制御回路とを備え、
前記複数の光電変換部は対をなす第1の光電変換部および第2の光電変換部を含み、
前記複数の読み出し回路は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の加算信号を読み出し可能な第1の読み出し回路と、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部のいずれかの一の信号を読出し可能な第2の読み出し回路とを備え、
前記複数の信号線は第1の信号線および第2の信号線を備え、
前記画素は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部に共通の増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタおよび前記第1の信号線の間に設けられた第1の選択トランジスタと、前記増幅トランジスタおよび前記第2の信号線の間に設けられた第2の選択トランジスタとを備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記増幅トランジスタは、前記第1の光電変換部の電荷若しくは前記第2の光電変換部の電荷のいずれかに基づく一の信号、または、前記第1の光電変換部の電荷および前記第2の光電変換部の電荷を加算することにより得られた加算信号を出力することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
- 複数の光電変換部をそれぞれが備え、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられた1または複数の信号線と、
前記各列に対して設けられ、前記信号線を介して前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す複数の読み出し回路と、
1つの列に対応する前記複数の読み出し回路を個別に制御可能な制御回路とを備え、
前記複数の光電変換部は対をなす第1の光電変換部および第2の光電変換部を含み、
前記複数の読み出し回路は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の加算信号を読み出し可能な第1の読み出し回路と、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部のいずれかの一の信号を読出し可能な第2の読み出し回路とを備え、
前記複数の信号線は第1の信号線および第2の信号線を備え、
前記画素は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部に共通の増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタと前記第1の信号線または前記第2の信号線のいずれかとの間に設けられた選択トランジスタとを備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記増幅トランジスタは、前記第1の光電変換部の電荷若しくは前記第2の光電変換部の電荷のいずれかに基づく一の信号、または前記第1の光電変換部の電荷および前記第2の光電変換部の電荷を加算することにより得られた加算信号を出力可能である請求項8に記載の撮像装置。
- 第1の行の前記画素は前記第1の信号線に接続され、第2の行の前記画素は前記第2の信号線に接続される請求項8または9に記載の撮像装置。
- 前記第1の信号線および前記第2の信号線と、前記第1の読み出し回路および前記第2の読み出し回路との接続を行単位で切り替えるスイッチ回路を備える請求項8または9に記載の撮像装置。
- 前記第1の読み出し回路は、第1の行の前記画素から前記第1の信号線を介して、前記一の信号を読み出した後に前記加算信号を読み出し、かつ、前記第2の読み出し回路は、前記第1の行とは異なる第2の行の前記画素から前記第2の信号線を介して、前記一の信号を読み出した後に前記加算信号を読み出す第1の動作モードと、
前記第1の読み出し回路は、1行単位で前記画素から前記第1の信号線を介して前記加算信号を読み出す第2の動作モードとを切り替えて実行可能である請求項7または9に記載の撮像装置。 - 前記第2の動作モードにおいて、前記制御回路は前記第2の読み出し回路を非動作状態に制御可能である請求項12に記載の撮像装置。
- 前記第1の動作モードにおける1行単位の読み出し時間は、前記第2の動作モードにおける1行単位の読み出し時間の整数倍である請求項12または13に記載の撮像装置。
- 前記第1の動作モードおよび前記第2の動作モードとをフレーム単位で切り替え可能であることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 複数の光電変換部をそれぞれが備え、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられた1または複数の信号線と、
前記各列に対して設けられ、前記信号線を介して前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す複数の読み出し回路と、
1つの列に対応する前記複数の読み出し回路を個別に制御可能な制御回路とを備え、
前記複数の光電変換部は対をなす第1の光電変換部および第2の光電変換部を含み、
前記複数の読み出し回路は、前記第1の光電変換部および前記第2の光電変換部の加算信号を読み出し可能な第1の読み出し回路と、前記第1の光電変換部または前記第2の光電変換部のいずれかの一の信号を読出し可能な第2の読み出し回路とを備え、
前記第1の読み出し回路は第1の増幅回路を備え、
前記第2の読み出し回路は第2の増幅回路を備え、
前記制御回路は前記第1の増幅回路のゲインおよび前記第2の増幅回路のゲインを個別に制御することを特徴とする撮像装置。 - 前記読み出し回路は、前記信号が入力される第1入力端子、参照信号が入力される第2入力端子、比較結果を出力する出力端子を備えるコンパレータを含む請求項1〜16のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記参照信号はボルテージフォロワを介して前記コンパレータに入力されることを特徴とする請求項17に記載の撮像装置。
- 複数の光電変換部をそれぞれが備え、行列状に配列された複数の画素と、
前記複数の画素の各列に設けられた1または複数の信号線と、
前記各列に対して設けられ、前記信号線を介して前記光電変換部の電荷に基づく信号を読み出す複数の読み出し回路と、
1つの列に対応する前記複数の読み出し回路を個別に制御可能な制御回路とを備え、
前記読み出し回路は、前記信号が入力される第1入力端子、参照信号が入力される第2入力端子、比較結果を出力する出力端子を備えるコンパレータを含み、
前記コンパレータの前記第1入力端子には入力容量を介して前記信号が入力され、前記コンパレータの出力端子と前記第1入力端子との間にはリセットスイッチが設けられており、
前記リセットスイッチのゲートには制御線を介して制御信号が供給され、前記制御線の両端には前記制御線を駆動する駆動回路がそれぞれ設けられていることを特徴とする撮像装置。 - 前記複数の読み出し回路は、それぞれ、電流源を含み、
前記制御回路は前記複数の読み出し回路の前記電流源を個別に制御することを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の読み出し回路の前記電流源にそれぞれ接続された複数の配線を備え、
前記複数の配線は電気的に分離されていることを特徴とする請求項20に記載の撮像装置。 - 前記信号線には電流源が接続されており、前記電流源は前記制御回路によって動作状態または非動作状態に制御されることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記読み出し回路または前記電流源は、前記読み出し回路の読み出し動作の開始前に動作状態となることを特徴とする請求項22に記載の撮像装置。
- 請求項1〜23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た画像信号を処理する信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像システム。 - 前記撮像装置は行列状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の画素のそれぞれが2つの前記光電変換部を含み、
前記信号処理装置は、2つの前記光電変換部にて生成された前記画像信号をそれぞれ処理し、前記撮像装置から被写体までの距離情報を取得することを特徴とする請求項24に記載の撮像システム。
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