JP6935626B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置1の構成を示すブロック図である。撮像装置1は、光学系2、撮像素子3、操作部4、制御部5、および長秒時露光設定部6を備える。光学系2は、撮像素子3に被写体からの光を射出する。撮像素子3は、光学系2から射出された光を撮像して、例えば、画像データを生成する。制御部5は、撮像素子3から出力された画像データに対して各種の画像処理を行う。また、制御部5は、撮像素子3の動作を制御するための制御信号を撮像素子3に出力する。なお、光学系2は、撮像装置1から着脱可能にしてもよい。
(1)撮像素子3は、光電変換された電荷により生成された第1信号を第1信号線17に読み出す第1読出回路100と、基準電流源I1からの電流i1に基づく電圧を記憶する第1記憶回路110と、第1記憶回路110に記憶された電圧により生成される電流を第1信号線17に供給する第1電流源30と、を備え、第1記憶回路110は、第1読出回路100により第1信号が第1信号線17に読み出されていないときに、基準電流源I1からの電流i1に基づく電圧を記憶する。このようにしたので、画素信号の読み出しタイミングに応じて第1記憶回路110に電圧を記憶させることができる。また、画素信号の読み出しは、その直前に記憶された電圧により生成される電流に基づいて行われるので、画素信号の読み出しの精度を向上させることができる。
第2の実施の形態では、撮像装置1で連続撮影(連写)を行う場合のバイアス電圧のリフレッシュ動作例について説明する。第2の実施の形態の撮像装置1は、図1において、第1の実施の形態の撮像装置1に連続撮影モードを設定する連続撮影設定部7を追加した構成である。図9は、第2の実施の形態に係る撮像装置1の連続撮影時の動作例を示すタイミングチャートである。図9に示す例では、操作部材の操作信号などに基づいて連続撮影設定部7により連続撮影モードに設定されると、1フレーム撮影毎に1行ずつ各画素回路150のバイアス電圧のリフレッシュを行う。
(2)撮像装置1は、連続撮影モードを設定する連続撮影設定部7を備える。このようにしたので、連続撮影設定部7が連続撮影モードを設定した場合に、連続する撮影の間隔において、複数の記憶回路110に電圧を記憶させることができる。
上述の第1及び第2の実施の形態の撮像装置1の撮像素子3は、一つの撮影動作において露光時間、即ち電荷蓄積時間が全ての画素10において、同一であった。第3の実施の形態の撮像装置1は、一つの撮影動作において露光時間、即ち電荷蓄積時間を画素10毎に変更することができる撮像素子3を備えるものである。第3の実施の形態の撮像装置1のその他の構成は、第1及び第2の実施の形態と同一である。
撮像素子3は、バイアス電圧プリセット動作の開始から画素信号の読み出し動作の開始までの時間が全ての画素10で同一である。
(3)複数の光電変換部12は、電荷蓄積時間が異なる。このようにしたので、各光電変換部12の電荷蓄積時間を個別に設定すると共に、画素信号の読み出しタイミングに応じて各記憶回路110に電圧を記憶させることができる。
撮像素子3は、1つの半導体基板により構成してもよいし、複数の半導体基板を積層した構成としてもよい。撮像素子3は、たとえば、読出回路100が設けられた第1半導体基板と、ラッチ回路が設けられた第2半導体基板とを備えるようにする。
(1)光電変換された電荷により生成された第1信号を第1信号線に読み出す第1読出回路と、電源回路からの電流に基づく電圧を保持する第1保持回路と、上記第1保持回路に保持された電圧により生成される電流を上記第1信号線に供給する第1電流源と、を備え、上記第1保持回路は、上記第1読出回路により上記第1信号が上記第1信号線に読み出されていないときに、上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する撮像素子。
(2)(1)の撮像素子において、上記第1読出回路は、光電変換された電荷を蓄積する第1光電変換部を有し、上記第1保持回路は、上記第1光電変換部により電荷の蓄積を行っているときに、上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する。
(3)(2)の撮像素子において、光電変換された電荷により生成された第2信号を第2信号線に読み出す第2読出回路と、上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する第2保持回路と、上記第2保持回路に保持された電圧により生成される電流を上記第2信号線に供給する第2電流源と、を備え、上記第2保持回路は、上記第2読出回路により上記第2信号が上記第2信号線に読み出されていないときに、上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する。
(4)(3)の撮像素子において、上記第1保持回路および上記第2保持回路は、上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持するタイミングが異なる。
(5)(3)または(4)の撮像素子において、上記第2読出回路は、光電変換された電荷を蓄積する第2光電変換部を有し、上記第2保持回路は、上記第2光電変換部により電荷の蓄積を行っているときに、上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する。
(6)(5)の撮像素子において、上記第1保持回路および上記第2保持回路は、上記第1光電変換部および上記第2光電変換部の電荷蓄積が終了するまでに上記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する。
(7)(6)の撮像素子において、上記第1光電変換部および記第2光電変換部は、電荷蓄積時間が異なる。
(8)(3)から(7)の撮像素子において、上記第1読出回路により上記第1信号線に読み出された上記第1信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路のコンパレータ回路であって、上記第1信号線に接続され、上記第1信号を入力する入力部を有する第1コンパレータ回路と、上記第1コンパレータ回路の出力結果によりデジタル信号に変換された上記第1信号を記憶する第1ラッチ回路と、上記第2読出回路により上記第2信号線に読み出された上記第2信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路のコンパレータ回路であって、上記第2信号線に接続され、上記第2信号を入力する入力部を有する第2コンパレータ回路と、上記第2コンパレータ回路の出力結果によりデジタル信号に変換された上記第2信号を記憶する第2ラッチ回路と、を備え、上記第1ラッチ回路および第2ラッチ回路は、上記第1読出回路及び上記第2読出回路が設けられた第1半導体基板とは異なる第2半導体基板に設けられている。
(9)(8)の撮像素子において、上記第1半導体基板は、上記第2半導体基板により積層されている。
(10)(1)から(9)の撮像素子を備えた撮像装置。
(1)光電変換された電荷により生成された第1信号を第1信号線に読み出す第1読出回路と、基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する第1記憶回路と、上記第1記憶回路に記憶された電圧により生成される電流を上記第1信号線に供給する第1電流源と、を備え、上記第1記憶回路は、上記第1読出回路により上記第1信号が上記第1信号線に読み出されていないときに、上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する撮像素子。
(2)(1)のような撮像素子において、光電変換された電荷を蓄積する第1光電変換部を備え、上記第1記憶回路は、上記第1光電変換部により電荷の蓄積を行っているときに、上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する。
(3)(2)のような撮像素子において、光電変換された電荷により生成された第2信号を第2信号線に読み出す第2読出回路と、上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する第2記憶回路と、上記第2記憶回路に記憶された電圧により生成される電流を上記第2信号線に供給する第2電流源と、を備え、上記第2記憶回路は、上記第2読出回路により上記第2信号が上記第2信号線に読み出されていないときに、上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する。
(4)(3)のような撮像素子において、上記第1記憶回路および上記第2記憶回路は、上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶するタイミングが異なる。
(5)(3)または(4)のような撮像素子において、光電変換された電荷を蓄積する第2光電変換部を備え、上記第2記憶回路は、上記第2光電変換部により電荷の蓄積を行っているときに、上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する。
(6)(5)のような撮像素子において、上記第1記憶回路および上記第2記憶回路は、上記第1光電変換部および上記第2光電変換部の電荷蓄積が終了するまでに上記基準電流源からの電流に基づく電圧を記憶する。
(7)(6)のような撮像素子において、上記第1光電変換部および上記第2光電変換部は、電荷蓄積時間が異なる。
(8)(3)から(7)のような撮像素子において、上記第1読出回路により上記第1信号線に読み出された上記第1信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路のコンパレータ回路であって、上記第1信号線に接続され、上記第1信号を入力する入力部を有する第1コンパレータ回路と、上記第1コンパレータ回路の出力結果によりデジタル信号に変換された上記第1信号を記憶する第1ラッチ回路と、上記第2読出回路により上記第2信号線に読み出された上記第2信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路のコンパレータ回路であって、上記第2信号線に接続され、上記第2信号を入力する入力部を有する第2コンパレータ回路と、上記第2コンパレータ回路の出力結果によりデジタル信号に変換された上記第2信号を記憶する第2ラッチ回路と、を備え、上記第1ラッチ回路および第2ラッチ回路は、上記第1読出回路及び上記第2読出回路が設けられた第1半導体基板とは異なる第2半導体基板に設けられている。
(9)(8)のような撮像素子において、上記第1半導体基板は、上記第2半導体基板により積層されている。
(10)(1)から(9)のような撮像素子を備えた撮像装置。
日本国特許出願2015年第195284号(2015年9月30日出願)
Claims (9)
- 複数の画素と、
前記複数の画素のうち第1画素に接続され、前記第1画素から読み出された第1信号が出力される第1信号線と、
前記複数の画素のうち第2画素に接続され、前記第2画素から読み出された第2信号が出力される第2信号線と、
電源回路からの電流に基づく電圧を保持する第1保持回路と、
前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する第2保持回路と、
前記第1保持回路に保持された電圧により生成される電流を前記第1信号線に供給する第1電流源と、
前記第2保持回路に保持された電圧により生成される電流を前記第2信号線に供給する第2電流源と、を備え、
前記第1保持回路および前記第2保持回路は、前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持するタイミングが異なる撮像素子。 - 前記第1保持回路は、前記第1信号が前記第1信号線に読み出されていないときに、前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持し、
前記第2保持回路は、前記第2信号が前記第2信号線に読み出されていないときに、前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する請求項1に記載の撮像素子。 - 前記第1画素は、光を電荷に変換する第1光電変換部を有し、
前記第2画素は、光を電荷に変換する第2光電変換部を有し、
前記第1保持回路は、前記第1光電変換部で変換された電荷の蓄積を行っているときに、前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持し、
前記第2保持回路は、前記第2光電変換部で変換された電荷の蓄積を行っているときに、前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する請求項2に記載の撮像素子。 - 前記第1保持回路は、前記第1光電変換部で変換された電荷の蓄積が終了するまでに前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持し、
前記第2保持回路は、前記第2光電変換部で変換された電荷の蓄積が終了するまでに前記電源回路からの電流に基づく電圧を保持する請求項3に記載の撮像素子。 - 前記第1光電変換部で変換された電荷の蓄積時間は、前記第2光電変換部で変換された電荷の蓄積時間とは異なる請求項3または請求項4に記載の撮像素子。
- 前記第1信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路のコンパレータ回路であって、前記第1信号線に接続され、前記第1信号を入力する入力部を有する第1コンパレータ回路と、
前記第1コンパレータ回路の出力結果によりデジタル信号に変換された前記第1信号を記憶する第1ラッチ回路と、
前記第2信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換回路のコンパレータ回路であって、前記第2信号線に接続され、前記第2信号を入力する入力部を有する第2コンパレータ回路と、
前記第2コンパレータ回路の出力結果によりデジタル信号に変換された前記第2信号を記憶する第2ラッチ回路と、
を備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の撮像素子。 - 前記第1画素および前記第2画素は、第1半導体基板に配置され、
前記第1ラッチ回路および第2ラッチ回路は、前記第1半導体基板に接続される第2半導体基板に配置される請求項6に記載の撮像素子。 - 前記第1半導体基板は、前記第2半導体基板により積層されている請求項7に記載の撮像素子。
- 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の撮像素子を備えた撮像装置。
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