JP7030929B2 - Imaging device, imaging system - Google Patents
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本発明は、撮像装置、撮像システムに関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup system.
複数行および複数列に渡って配された複数のユニットセルを備える撮像装置が知られている。 An image pickup device having a plurality of unit cells arranged over a plurality of rows and a plurality of columns is known.
複数行のユニットセルで、同時に露光開始と露光終了を電子シャッタで制御するグローバル電子シャッタを行う撮像装置が提案されている。 An imaging device that performs a global electronic shutter that controls the start and end of exposure at the same time with an electronic shutter in a unit cell with a plurality of rows has been proposed.
特許文献1に記載の撮像装置は、グローバル電子シャッタを行う撮像装置において、画素が、光電変換部と、光電変換部が生成した信号が転送される浮遊拡散容量と、複数の信号保持部とを備える構成が記載されている。
The image pickup device described in
特許文献1の撮像装置によれば、複数の信号保持部の一方と光電変換部との間の電気的経路を高インピーダンスとし、複数の信号保持部の他方と光電変換部との間の電気的経路を低インピーダンスとする。これにより、高インピーダンスの信号保持部には低感度の信号が保持され、低インピーダンスの信号保持部には高感度の信号が保持される。複数の信号保持部の一方が保持した低感度の信号と、複数の信号保持部の他方が保持した高感度の信号とを用いることにより、画像のダイナミックレンジを拡大することができるとされる。
According to the image pickup apparatus of
特許文献1では、グローバル電子シャッタを行う撮像装置の画像のダイナミックレンジの拡大と、光電変換部が生成する信号に基づく信号をユニットセルの外部に出力する増幅部の入力ノードの容量値との関係について何ら検討されていない。
In
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、その一の態様は、光電変換部と、信号保持部と、入力ノードを備える増幅部と、前記光電変換部と前記信号保持部との間の電気的経路に設けられた第1転送部と、前記信号保持部と前記入力ノードとの間の電気的経路に設けられた第2転送部とを各々が有する複数の組が、複数行及び複数列に渡って配されたセルアレイと、前記複数の組を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記第1転送部による前記光電変換部から前記信号保持部への信号の転送の開始と終了のそれぞれを、前記複数の組で同時とし、前記複数の組の少なくとも一部の組が、前記入力ノードの容量値を変更する容量変更部をさらに有し、前記光電変換部は、第1蓄積期間と、前記第1蓄積期間とは別の期間であって前記第1蓄積期間よりも短い第2蓄積期間とのそれぞれにおいて信号を蓄積し、前記容量変更部が前記入力ノードを第1容量値とした状態で、前記第1蓄積期間に対応する信号が前記第2転送部から前記入力ノードに転送され、
前記容量変更部が前記入力ノードを前記第1容量値よりも小さい第2容量値とした状態で、前記第2蓄積期間に対応する信号が前記第2転送部から前記入力ノードに転送されることを特徴とする撮像装置である。
The present invention has been made in view of the above problems, and one aspect thereof is a photoelectric conversion unit, a signal holding unit, an amplification unit including an input node, a photoelectric conversion unit, and the signal holding unit. There are a plurality of sets each having a first transfer unit provided in the electrical path between the signals and a second transfer unit provided in the electrical path between the signal holding unit and the input node. It has a cell array arranged over rows and a plurality of columns, and a control unit that controls the plurality of sets, and the control unit is a signal from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit by the first transfer unit. The start and end of the transfer are simultaneously performed by the plurality of sets, and at least a part of the plurality of sets further has a capacity changing unit for changing the capacity value of the input node, and the photoelectric conversion is performed. The unit accumulates signals in each of the first storage period and the second storage period, which is a period different from the first storage period and shorter than the first storage period, and the capacity changing unit inputs the input. With the node as the first capacitance value, the signal corresponding to the first storage period is transferred from the second transfer unit to the input node.
The signal corresponding to the second storage period is transferred from the second transfer unit to the input node in a state where the capacity changing unit sets the input node as the second capacity value smaller than the first capacity value. It is an image pickup apparatus characterized by.
また、別の一の態様は、光電変換部と、信号保持部と、第1容量値の第1入力ノードを備える第1増幅部と、前記第1容量値よりも大きい第2容量値の第2入力ノードを備える第2増幅部と、前記光電変換部と前記信号保持部との間の電気的経路に設けられた第1転送部と、前記信号保持部と前記第1入力ノードとの間の電気的経路に設けられた第2転送部と、前記信号保持部と前記第2入力ノードとの間の電気的経路に設けられた第4転送部と、を各々が有する複数の組が、複数行及び複数列に渡って配されたセルアレイを有し、前記第1転送部による、前記光電変換部から前記信号保持部への信号の転送の開始と終了のそれぞれを、前記複数の組で同時とする制御部をさらに有し、前記光電変換部は、第1蓄積期間と、前記第1蓄積期間とは別の期間であって前記第1蓄積期間よりも短い第2蓄積期間とのそれぞれにおいて信号を蓄積し、前記第1入力ノードに前記第1蓄積期間に対応する信号が転送され、前記第2入力ノードに前記第2蓄積期間に対応する信号が転送されることを特徴とする撮像装置である。 In addition, another aspect is a photoelectric conversion unit, a signal holding unit, a first amplification unit including a first input node of the first capacitance value, and a second capacitance value larger than the first capacitance value. A second amplification unit including two input nodes, a first transfer unit provided in an electrical path between the photoelectric conversion unit and the signal holding unit, and between the signal holding unit and the first input node. A plurality of sets each having a second transfer unit provided in the electrical path of the above and a fourth transfer unit provided in the electrical path between the signal holding unit and the second input node. It has a cell array arranged over a plurality of rows and a plurality of columns, and the start and end of signal transfer from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit by the first transfer unit can be started and ended in the plurality of sets. The photoelectric conversion unit further has a control unit for simultaneous operation, and the photoelectric conversion unit has a first storage period and a second storage period different from the first storage period and shorter than the first storage period, respectively. In, the signal corresponding to the first storage period is transferred to the first input node, and the signal corresponding to the second storage period is transferred to the second input node . It is an image device.
また、別の一の態様は、光電変換部と、信号保持部と、第1容量値の第1入力ノードを備える第1増幅部と、前記第1容量値よりも大きい第2容量値の第2入力ノードを備える第2増幅部と、前記光電変換部と前記信号保持部との間の電気的経路に設けられた第1転送部と、前記信号保持部と前記第1入力ノードとの間の電気的経路に設けられた第2転送部と、前記信号保持部と前記第2入力ノードとの間の電気的経路に設けられた第4転送部と、を各々が有する複数の組が、複数行及び複数列に渡って配されたセルアレイを有し、前記第1転送部による、前記光電変換部から前記信号保持部への信号の転送の開始と終了のそれぞれを、前記複数の組で同時とする制御部をさらに有し、前記光電変換部は、第1蓄積期間と、前記第1蓄積期間とは別の期間であって前記第1蓄積期間よりも短い第2蓄積期間とのそれぞれにおいて信号を蓄積し、前記第1入力ノードに前記第2蓄積期間に対応する信号が転送され、前記第2入力ノードに前記第1蓄積期間に対応する信号が転送されることを特徴とする撮像装置である。 In addition, another aspect is a photoelectric conversion unit, a signal holding unit, a first amplification unit including a first input node of the first capacitance value, and a second capacitance value larger than the first capacitance value. A second amplification unit including two input nodes, a first transfer unit provided in an electrical path between the photoelectric conversion unit and the signal holding unit, and between the signal holding unit and the first input node. A plurality of sets each having a second transfer unit provided in the electrical path of the above and a fourth transfer unit provided in the electrical path between the signal holding unit and the second input node. It has a cell array arranged over a plurality of rows and a plurality of columns, and the start and end of signal transfer from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit by the first transfer unit can be started and ended in the plurality of sets. The photoelectric conversion unit further has a control unit for simultaneous operation, and the photoelectric conversion unit has a first storage period and a second storage period different from the first storage period and shorter than the first storage period, respectively. In, the signal corresponding to the second storage period is transferred to the first input node, and the signal corresponding to the first storage period is transferred to the second input node . It is an image device.
本発明により、グローバル電子シャッタを行う撮像装置の画像のダイナミックレンジを、より好適に拡大することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, the dynamic range of an image of an image pickup apparatus that performs a global electronic shutter can be more preferably expanded.
以下、図面を参照しながら、各実施例を説明する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
以下の説明では、信号にノイズ成分が含まれる例を説明することがある。以下の説明では、この信号に含まれるノイズ成分をN成分と表記することがある。また、信号からN成分を差し引いた成分をS成分と表記することがある。 In the following description, an example in which a signal contains a noise component may be described. In the following description, the noise component included in this signal may be referred to as an N component. Further, the component obtained by subtracting the N component from the signal may be referred to as the S component.
(実施例1)
(撮像装置の構成)
図1は、本実施例の撮像装置を示した図である。本実施例の撮像装置は、列信号線10、ユニットセル20を有する。ユニットセル20は、セルアレイ100において、複数行および複数列に渡って配されている。列信号線10は、ユニットセル20が配された列に対応して配されている。また、撮像装置は垂直走査回路101を有する。1行のユニットセル20に、垂直走査回路101から共通の信号が供給されるように、行単位でユニットセル20と垂直走査回路101とが制御線30を介して接続されている。垂直走査回路101は、ユニットセル20の蓄積期間を制御する制御部である。
(Example 1)
(Configuration of image pickup device)
FIG. 1 is a diagram showing an image pickup apparatus of this embodiment. The image pickup apparatus of this embodiment has a
撮像装置は、列回路部102、水平走査回路103、出力回路104を有する。列回路部102は、複数の列回路を備えている。複数の列回路の各々は、複数の列信号線10の1つに対応して配置されている。複数の列回路の各々は、列信号線10に出力された信号を増幅した信号を、出力回路104に出力する。
The image pickup apparatus has a
水平走査回路103は、列回路部102が備える複数の列回路を順次選択する。これより、複数の列回路の各々が保持した信号が、順次、出力回路104に出力される。出力回路104は、撮像装置の外部に信号を出力する。出力回路104の出力する信号は、撮像装置が出力する信号である。
The
撮像装置は、制御回路105をさらに有する。制御回路105は、垂直走査回路101、列回路部102、水平走査回路103のそれぞれに対し、駆動信号を供給する駆動線を介して接続されている。
The image pickup apparatus further includes a
(ユニットセルの構成)
図2は、ユニットセル20の構成の詳細を示した図である。ユニットセル20は、1つのフォトダイオード1を有する。フォトダイオード1は、入射光に対応する信号を生成する光電変換部である。フォトダイオード1は、接地配線19に接続されている。さらにユニットセル20は、第1転送スイッチ2、第2転送スイッチ4、第3転送スイッチ12、第4転送スイッチ14を有する。さらにユニットセル20は、第1容量素子3、第2容量素子13を有する。ここでは、第1容量素子3の容量値と、第2容量素子13の容量値は等しい。
(Unit cell configuration)
FIG. 2 is a diagram showing details of the configuration of the
フォトダイオード1と第1容量素子3とは、第1転送スイッチ2を介して電気的に接続されている。また、フォトダイオード1と第2容量素子13とは、第3転送スイッチ12を介して電気的に接続されている。
The
また、ユニットセル20は、第1増幅部7、第2増幅部17、第1選択スイッチ8、第2選択スイッチ18を有する。第1増幅部7の入力ノードである第1入力ノード5には、第1浮遊拡散容量FD1が接続されている。第2増幅部17の入力ノードである第2入力ノード15には、第2浮遊拡散容量FD2が接続されている。第2浮遊拡散容量FD2の容量値は、第1浮遊拡散容量FD1の容量値よりも大きい。第1浮遊拡散容量FD1、第2浮遊拡散容量FD2のそれぞれは、シリコン半導体層に不純物を拡散することによって形成された浮遊拡散部である。この第1入力ノード5と第2入力ノード15との容量値の差は、第1浮遊拡散容量FD1と第2浮遊拡散容量FD2との容量値の差によってもたらすことができる。
Further, the
第1容量素子3と第1浮遊拡散容量FD1とは、第2転送スイッチ4を介して電気的に接続されている。第2容量素子13と第2浮遊拡散容量FD2とは、第4スイッチ14を介して電気的に接続されている。
The
第1増幅部7と列信号線10とは、第1選択スイッチ8を介して電気的に接続されている。また、第2増幅部17と列信号線10とは、第2選択スイッチ18を介して電気的に接続されている。第1増幅部7と第2増幅部17には、ともに電源電圧11が供給される。
The first amplification unit 7 and the
列信号線10には、不図示の電流源が電気的に接続されている。第1選択スイッチ8がオン状態にある場合、第1増幅部7は、電源電圧11と、列信号線10に電気的に接続された電流源とでソースフォロワ回路を構成する。第2選択スイッチ18がオン状態にある場合、第2増幅部17は、電源電圧11と、列信号線10に電気的に接続された電流源とでソースフォロワ回路を構成する。図2では、列信号線10に出力される信号を、信号Vout(p)と表記している。末尾に付す(p)は、列番号を示している。
A current source (not shown) is electrically connected to the
また、ユニットセル20は、第1リセットスイッチ6、第2リセットスイッチ16を有する。第1リセットスイッチ6と、第2リセットスイッチ16には、ともに電源電圧11が供給される。第1リセットスイッチ6は、第1入力ノード5に接続されている。第2リセットスイッチ16は、第2入力ノード15に接続されている。
Further, the
また、ユニットセル20は、PDリセットスイッチ9をさらに有する。PDリセットスイッチ9には、電源電圧11が供給されている。
Further, the
本実施例では、光電変換部であるフォトダイオード1から、信号保持部の1つである第1容量素子3に信号を転送する第1転送部は、第1転送スイッチ2である。また、信号保持部の1つである第1容量素子3から、第1入力ノード5に信号を転送する第2転送部は、第2転送スイッチ4である。また、信号保持部の他の1つのである第2容量素子13から、第2入力ノード15に信号を転送する第3転送部は、第4転送スイッチ14である。
In this embodiment, the first transfer unit that transfers a signal from the
本実施例では、1つのユニットセル20が、光電変換部、第1転送部、第2転送部、第3転送部、第4転送部、第1信号保持部、第2信号保持部、第1増幅部、第2増幅部を有する1つの組である。
In this embodiment, one
図1に示したように、ユニットセル20と、垂直走査回路101とは制御線30を介して電気的に接続されている。第1転送スイッチ2のゲートには、信号pGS1(m)が入力される。以下、ユニットセル20に入力される信号の末尾に付す(m)は、m行目のユニットセル20に入力される信号であることを指す。また、複数行のユニットセル20に入力される信号を纏めて表記する場合には、(m)を省略して表記する。
As shown in FIG. 1, the
第2転送スイッチ4のゲートには、信号pTX(m)が入力される。第3転送スイッチ12のゲートには、信号pGS2(m)が入力される。第4転送スイッチ14のゲートには、信号pTX2(m)が入力される。
A signal pTX (m) is input to the gate of the
PDリセットスイッチ9のゲートには、信号pOFD(m)が入力される。
A signal pOFD (m) is input to the gate of the PD reset
複数行のユニットセル20のそれぞれに入力される信号pGS1は、同じタイミングにアクティブレベルとなり、同じタイミングでノンアクティブレベルとなる。また、複数行のユニットセル20のそれぞれに入力される信号pGS2は、同じタイミングにアクティブレベルとなり、同じタイミングでノンアクティブレベルとなる。また、複数行のユニットセル20のそれぞれに入力される信号pOFDは、同じタイミングにアクティブレベルとなり、同じタイミングでノンアクティブレベルとなる。これにより、本実施例の撮像装置は、フォトダイオード1の信号蓄積開始タイミングおよび信号蓄積終了タイミングのそれぞれが全てのユニットセル20で揃ったグローバル電子シャッタ動作を行う。
The signal pGS1 input to each of the
第1リセットスイッチ6のゲートには、信号pRES1(m)が入力される。第2リセットスイッチ16のゲートには、信号pRES2(m)が入力される。
The signal pRES1 (m) is input to the gate of the
第1選択スイッチ8のゲートには、信号pSEL1(m)が入力される。第2選択スイッチ18のゲートには、信号pSEL2(m)が入力される。
The signal pSEL1 (m) is input to the gate of the
(撮像装置の動作)
次に、図3および図4を参照しながら、図1、図2に示した撮像装置の動作を説明する。
(Operation of image pickup device)
Next, the operation of the image pickup apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図3、図4は、nフレーム、n+1フレームにおける撮像装置の動作を示している。図3に示した時刻は、図4に示した時刻と対応している。 3 and 4 show the operation of the image pickup apparatus in n frames and n + 1 frames. The time shown in FIG. 3 corresponds to the time shown in FIG.
図4を参照する。図4に示した信号では、信号のHighレベルが、当該信号が入力されるスイッチがオン状態となるアクティブレベルである。一方、Lowレベルが、当該信号が入力されるスイッチがオフ状態となるノンアクティブレベルである。 See FIG. In the signal shown in FIG. 4, the high level of the signal is the active level at which the switch to which the signal is input is turned on. On the other hand, the Low level is a non-active level in which the switch to which the signal is input is turned off.
時刻T0から時刻T1までの期間、垂直走査回路101は、全ての行のユニットセル20に供給する信号pOFDをアクティブレベルとする。これにより、フォトダイオード1で蓄積された信号が、電源電圧11によってフォトダイオード1から排出されている。
During the period from time T0 to time T1, the
時刻T1に、垂直走査回路101は、全ての行のユニットセル20に供給する信号pOFDをノンアクティブレベルとする。これにより、全てのユニットセル20のフォトダイオード1が、信号の蓄積を同時に開始する電子シャッタ動作が行われる。
At time T1, the
時刻T2に、垂直走査回路101は、全ての行のユニットセル20に供給する信号pGS1をアクティブレベルとする。そして時刻T3に、垂直走査回路101は、信号pGS1をノンアクティブレベルとする。これにより、全てのユニットセル20の第1容量素子3が、時刻T1から時刻T3までの期間にフォトダイオード1が蓄積した信号を同時に保持する、グローバル転送動作が行われる。この時刻T1から時刻T3までの期間は、フォトダイオード1が信号を蓄積する第1蓄積期間である。
At time T2, the
その後、垂直走査回路101は、信号PSEL1(m)をアクティブレベルとし、m行目の第1選択スイッチ8をオン状態とする。そして、垂直走査回路101は、信号pRES1(m)をアクティブレベルとした後、ノンアクティブレベルとして、第1入力ノード5の電位をリセットする。そして、垂直走査回路101は、信号pTX1(m)をアクティブレベルとした後、ノンアクティブレベルとする。これにより、第1浮遊拡散容量FD1には、第1容量素子3が保持していた信号が転送される。よって、第1増幅部7は、第1選択スイッチ8を介して、列信号線10に、第1蓄積期間にフォトダイオード1が蓄積した信号に基づく信号を出力する。
After that, the
その後、垂直走査回路101は、m+1行目のユニットセル20に対して、m行目のユニットセル20と同じ動作を行う。このように、垂直走査回路101は、各行のユニットセル20の、第1蓄積期間に対応する信号である第1光信号を順次、列信号線10に読み出す。
After that, the
時刻T4に、垂直走査回路101は、全ての行のユニットセル20に供給する信号pGS2をアクティブレベルとする。そして時刻T5に、垂直走査回路101は、信号pGS2をノンアクティブレベルとする。これにより、全てのユニットセル20の第2容量素子13が、時刻T3から時刻T5までの期間にフォトダイオード1が蓄積した信号を同時に保持する、グローバル転送動作が行われる。この時刻T3から時刻T5までの期間は、フォトダイオード1が信号を蓄積する第2蓄積期間である。第2蓄積期間は、第1蓄積期間よりも長い期間である。また、第1蓄積期間と第2蓄積期間とは、重複している期間は全くない。
At time T4, the
その後、垂直走査回路101は、信号PSEL2(m)をアクティブレベルとし、m行目の第2選択スイッチ18をオン状態とする。そして、垂直走査回路101は、信号pRES2(m)をアクティブレベルとした後、ノンアクティブレベルとして、第2入力ノード15の電位をリセットする。そして、垂直走査回路101は、信号pTX2(m)をアクティブレベルとした後、ノンアクティブレベルとする。これにより、第2浮遊拡散容量FD2には、第2容量素子13が保持していた信号が転送される。よって、第2増幅部17は、第2選択スイッチ18を介して、列信号線10に、第2蓄積期間にフォトダイオード1が蓄積した信号に基づく信号を出力する。
After that, the
その後、垂直走査回路101は、m+1行目のユニットセル20に対して、m行目のユニットセル20と同じ動作を行う。このように、垂直走査回路101は、各行のユニットセル20の、第2蓄積期間に対応する信号である第2光信号を順次、列信号線10に読み出す。
After that, the
なお、垂直走査回路101は、時刻T5から時刻T6までの期間、全ての行のユニットセル20に供給する信号pOFDを再びアクティブレベルとする。これにより、先の時刻T0から時刻T1までの動作と同じく、全てのユニットセル20のフォトダイオード1の信号がリセットされている。
The
以降、本実施例の撮像装置は、n+1フレームにおいても、nフレームと同じ動作を繰り返す。 After that, the image pickup apparatus of this embodiment repeats the same operation as the n-frame even in the n + 1 frame.
(容量値と換算出力信号との関係)
本実施例の効果について、図5(a)~(d)を参照しながら説明する。
(Relationship between capacity value and converted output signal)
The effect of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (d).
図5(a)は、横軸にフォトダイオード1に入射する光量をとり、縦軸に、増幅部が出力する信号を浮遊拡散容量に入力される信号に換算した、換算出力信号をとったグラフである。
FIG. 5A is a graph in which the horizontal axis is the amount of light incident on the
N(C1)、N(C2)、N(C3)はそれぞれ、増幅部の入力ノードのリセットを解除した時に増幅部が出力するノイズ信号の換算出力信号を示している。このノイズ信号の主成分は、ダークランダムノイズである。また、S(C1)、S(C2)、S(C3)はそれぞれ、増幅部の入力ノードにフォトダイオード1が生成した信号が転送された時に増幅部が出力する光信号の換算出力信号を示している。C1、C2、C3のそれぞれは、浮遊拡散容量の容量値を示している。つまり、S(C1)、N(C1)は、浮遊拡散容量の容量値がC1である場合の光信号とノイズ信号とを表している。他のS(C2)、N(C2)、S(C3)、N(C3)も同様である。浮遊拡散容量の容量値は、
C1>C2>C3
の関係にある。
Each of N (C1), N (C2), and N (C3) indicates a converted output signal of a noise signal output by the amplification unit when the reset of the input node of the amplification unit is released. The main component of this noise signal is dark random noise. Further, S (C1), S (C2), and S (C3) each indicate a conversion output signal of an optical signal output by the amplification unit when the signal generated by the
C1>C2> C3
There is a relationship.
浮遊拡散容量の容量値がC1の場合ではノイズ信号はN(C1)のレベルとなる。よって、光量C以下の光量では、光信号はノイズ信号に埋没するため、光信号を読み出すことができない。一方、浮遊拡散容量の容量値がC3の場合では、ノイズ信号はN(C3)のレベルとなる。よって、光量Aよりも大きい光量であれば、光信号を読み出すことができる。 When the capacitance value of the stray diffusion capacitance is C1, the noise signal is at the level of N (C1). Therefore, when the amount of light is C or less, the optical signal is buried in the noise signal, and the optical signal cannot be read out. On the other hand, when the capacitance value of the stray diffusion capacitance is C3, the noise signal is at the level of N (C3). Therefore, if the amount of light is larger than the amount of light A, the optical signal can be read out.
一方、浮遊拡散容量の容量値がC3の場合では、光信号はS(C3)で飽和する。したがって、光量D以上の光量では、光信号の正確なレベルを読み出すことができない。浮遊拡散容量の容量値がC1の場合では、容量値がC3よりも大きいため、光信号はS(C1)で飽和する。したがって、光量Fの光量まで、光信号の正確なレベルを読み出すことができる。 On the other hand, when the capacitance value of the floating diffusion capacitance is C3, the optical signal is saturated with S (C3). Therefore, when the amount of light is equal to or greater than the amount of light D, the accurate level of the optical signal cannot be read out. When the capacitance value of the floating diffusion capacitance is C1, the capacitance value is larger than that of C3, so that the optical signal is saturated at S (C1). Therefore, the accurate level of the optical signal can be read up to the light amount of the light amount F.
このように、浮遊拡散容量の容量値がC1の場合に、光信号として読み出せる光量は、光量Cから、光量Fまでとなる。一方、浮遊拡散容量の容量値がC3の場合に、光信号として読み出せる光量は、光量Aから、光量Dまでとなる。したがって、低輝度の被写体の信号を読み出す場合には、浮遊拡散容量の容量値がC3の方がC1より好ましい。また、高輝度の被写体の信号を読み出す場合には、浮遊拡散容量の容量値がC1の方がC3よりも好ましい。 As described above, when the capacitance value of the floating diffusion capacitance is C1, the amount of light that can be read out as an optical signal is from the amount of light C to the amount of light F. On the other hand, when the capacitance value of the floating diffusion capacitance is C3, the amount of light that can be read out as an optical signal is from the amount of light A to the amount of light D. Therefore, when reading a signal of a low-luminance subject, the capacitance value of the floating diffusion capacitance is preferably C3 rather than C1. Further, when reading a signal of a high-luminance subject, the capacitance value of the floating diffusion capacitance is preferably C1 rather than C3.
さらに図5(b)~(d)を用いて、フォトダイオード1の蓄積期間の長さと対応させて、浮遊拡散容量の容量値と換算出力信号との関係を説明する。ダイナミックレンジ(DR)は以下の式で定義される。
ダイナミックレンジ=20*Log(S/N)
Further, with reference to FIGS. 5 (b) to 5 (d), the relationship between the capacitance value of the stray diffusion capacitance and the converted output signal will be described in correspondence with the length of the storage period of the
Dynamic range = 20 * Log (S / N)
なお、本明細書では、「*」の記号は、乗算を意味する。また、単にLogと記載した場合の底数は10である。 In this specification, the symbol "*" means multiplication. Further, the number of bases when simply described as Log is 10.
図5(b)は、比較例として、浮遊拡散容量の容量値をC2として、フォトダイオード1の蓄積期間を第1蓄積期間(短秒蓄積期間)とした場合と、第2蓄積期間(長秒蓄積期間)とした場合とを示した図である。第2蓄積期間は、第1蓄積期間の10倍の長さとする。
FIG. 5B shows, as a comparative example, a case where the capacitance value of the stray diffusion capacitance is C2 and the storage period of the
光量G以下の低輝度の被写体については、第2蓄積期間に対応する信号を用いる。一方、光量G以上の高輝度の被写体については、第1蓄積期間に対応する信号を用いる。撮像装置の外部に設けられた信号処理部は、第1蓄積期間に対応する信号と、第2蓄積期間に対応する信号との、信号のレンジを揃える処理を行う。第2蓄積期間は、第1蓄積期間の10倍の長さであるため、第1蓄積期間に対応する信号を10倍することで、第2蓄積期間に対応する信号とのレンジが揃う。つまり、光量Gにおいて、第1蓄積期間に対応する換算出力信号量と、第2蓄積期間に対応する換算出力信号量がともにS(C2)となる。 For a low-luminance subject with a light intensity of G or less, a signal corresponding to the second storage period is used. On the other hand, for a high-luminance subject having a light intensity of G or more, a signal corresponding to the first storage period is used. The signal processing unit provided outside the image pickup apparatus performs processing for aligning the signal range between the signal corresponding to the first storage period and the signal corresponding to the second storage period. Since the second storage period is 10 times as long as the first storage period, by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 times, the range with the signal corresponding to the second storage period is aligned. That is, in the light amount G, both the converted output signal amount corresponding to the first storage period and the converted output signal amount corresponding to the second storage period are S (C2).
図5(b)では、第1蓄積期間と第2蓄積期間とで用いる浮遊拡散容量の容量値をC2としている。このため、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号は、N(C2)を10倍した信号となる。よって、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号において含まれるN成分が10*N(C2)であるのに対し、第2蓄積期間に対応する信号に含まれるN成分がN(C2)となる。このため、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号と、第2蓄積期間に対応する信号とを用いて生成した画像において、1枚の画像の中で相対的に輝度が浮いた部分と、相対的に輝度が沈んだ部分とが生じる。これは、それぞれの信号に含まれるN成分の大きさの違いによって生じる。したがって、1枚の画像の中での輝度の浮き沈みを抑制するには、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号と、第2蓄積期間に対応する信号とのそれぞれに含まれるN成分の量の差を少なくすることが好ましい。 In FIG. 5B, the capacity value of the stray diffusion capacity used in the first storage period and the second storage period is C2. Therefore, the signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 becomes a signal obtained by multiplying N (C2) by 10. Therefore, the N component contained in the signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 is 10 * N (C2), whereas the N component contained in the signal corresponding to the second storage period is N (C2). ). Therefore, in an image generated by using a signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 and a signal corresponding to the second storage period, a portion having a relatively high brightness in one image. And a portion where the brightness is relatively sunk. This is caused by the difference in the magnitude of the N component contained in each signal. Therefore, in order to suppress the ups and downs of the brightness in one image, the N component included in each of the signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 and the signal corresponding to the second storage period. It is preferable to reduce the difference in the amount of.
そこで、本実施例では、上述したように、第1蓄積期間に対応する信号を、第1浮遊拡散容量FD1の容量値(C3)を用いて生成する。そして、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を、第1浮遊拡散容量FD1よりも大きい容量値(C1)を有する第2浮遊拡散容量FD2を用いて生成する。これにより、第1蓄積期間に対応する信号は、N成分が相対的に少ない容量値C3で生成する。一方、第2蓄積期間に対応する信号は、N成分が相対的に多い容量値C1で生成する。これにより、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号のN成分と、第2蓄積期間に対応する信号のN成分との差は、図5(b)で述べた例に比べて、小さくなる。よって、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号と、第2蓄積期間に対応する信号とを用いて生成した1枚の画像において、輝度の相対的な浮き沈みが生じにくくなる。 Therefore, in this embodiment, as described above, the signal corresponding to the first storage period is generated by using the capacity value (C3) of the first stray diffusion capacity FD1. Then, a signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period is generated by using the second floating diffusion capacity FD2 having a capacity value (C1) larger than that of the first stray diffusion capacity FD1. As a result, the signal corresponding to the first storage period is generated with the capacitance value C3 having a relatively small N component. On the other hand, the signal corresponding to the second storage period is generated with the capacitance value C1 having a relatively large N component. As a result, the difference between the N component of the signal corresponding to the first storage period multiplied by 10 and the N component of the signal corresponding to the second storage period is larger than that of the example described in FIG. 5 (b). It gets smaller. Therefore, in one image generated by using the signal corresponding to the first storage period multiplied by 10 and the signal corresponding to the second storage period, the relative ups and downs of the luminance are less likely to occur.
また、本実施例の撮像装置が有するさらなる効果を説明する。図5(b)では、第2蓄積期間に対応する信号(低輝度)と、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号(高輝度)との切り替わりの光量は光量Gであった。一方、図5(c)で説明した本実施例の撮像装置では、第2蓄積期間に対応する信号を、容量値C2よりも大きい容量値C3の浮遊拡散容量を用いて生成している。これにより、第2蓄積期間に対応する信号(低輝度)と、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号(高輝度)との切り替わりに光量が光量Gよりも大きい光量Iとなる。光量Iは光量Gよりも大きいため、光量Iの領域は、光量Gの領域に比べて、ダークランダムノイズの増加よりも、光ショットノイズの増加の方が支配的になる傾向がある。よって、ダークランダムノイズの増加が、より目立ちにくい領域に、第2蓄積期間に対応する信号と、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号とのつなぎ目を位置させることができる。これにより、本実施例の撮像装置は、図5(b)に示した場合に比べて、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号と、第2蓄積期間に対応する信号とを用いて生成した1枚の画像において、輝度の相対的な浮き沈みが、より生じにくくなる効果を有している。 Further, the further effect of the image pickup apparatus of this embodiment will be described. In FIG. 5B, the amount of light for switching between the signal corresponding to the second storage period (low brightness) and the signal corresponding to the first storage period multiplied by 10 (high brightness) was the light amount G. On the other hand, in the image pickup apparatus of this embodiment described with reference to FIG. 5 (c), the signal corresponding to the second storage period is generated by using the stray diffusion capacitance having the capacitance value C3 larger than the capacitance value C2. As a result, the light amount I becomes larger than the light amount G when switching between the signal corresponding to the second storage period (low brightness) and the signal corresponding to the first storage period multiplied by 10 (high brightness). Since the amount of light I is larger than the amount of light G, the region of the amount of light I tends to be dominated by the increase in the optical shot noise rather than the increase in the dark random noise as compared with the region of the amount of light G. Therefore, the joint between the signal corresponding to the second storage period and the signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 can be positioned in the region where the increase in dark random noise is less noticeable. As a result, the image pickup apparatus of this embodiment uses a signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 and a signal corresponding to the second storage period as compared with the case shown in FIG. 5 (b). It has the effect that the relative ups and downs of the brightness are less likely to occur in one image generated in the above process.
このように、本実施例の撮像装置は、第1蓄積期間に対応する信号を第1容量値の浮遊拡散容量を用いて生成する。そして、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値よりも大きい第2容量値の浮遊拡散容量を用いて生成する。これにより、本実施例の撮像装置は、第1蓄積期間に対応する信号を増幅した信号と、第2蓄積期間に対応する信号とを用いて生成した画像において、輝度の相対的な浮き沈みを生じにくくする効果を有する。 As described above, the image pickup apparatus of this embodiment generates a signal corresponding to the first storage period by using the stray diffusion capacity of the first capacity value. Then, a signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period is generated by using the stray diffusion capacity of the second capacity value larger than the first capacity value. As a result, the image pickup apparatus of this embodiment causes relative ups and downs of brightness in the image generated by using the signal corresponding to the first storage period and the signal corresponding to the second storage period. It has the effect of making it difficult.
なお、本実施例では、第1容量素子3と、第2容量素子13の容量値を同じとしていたが、異ならせるようにしても良い。
In this embodiment, the capacitance values of the first
また、本実施例の撮像装置は、第1選択スイッチ8と、第2選択スイッチ18とが同一の列信号線10に接続されていた。他の例として、1列のユニットセル20に対し複数の列信号線10を設け、第1選択スイッチ8に複数の列信号線10の一方が接続され、第2選択スイッチ18に複数の列信号線10の他方が接続されるようにしても良い。
Further, in the image pickup apparatus of this embodiment, the
なお、本実施例において、電子シャッタ動作とグローバル転送動作のそれぞれにおける同時性は、実用上問題のない程度であればよい。全てのユニットセル20を完全に同時に駆動すると、駆動するドライバーに大きな負荷がかかる。この負荷を軽減するように、電子シャッタ動作、グローバル転送動作のそれぞれにおいて、複数のユニットセル20の間で小さな時間差を設ける構成としてもよい。このような場合であっても、電子シャッタ動作とグローバル転送動作のそれぞれは、実質的に「同時」の関係の範疇にある。
In this embodiment, the simultaneity in each of the electronic shutter operation and the global transfer operation may be such that there is no practical problem. If all the
(実施例2)
本実施例の撮像装置について、実施例1と異なる点を中心に説明する。
(Example 2)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
実施例1の撮像装置は、第1蓄積期間に対応する信号を第1容量値の浮遊拡散容量を用いて生成した。そして、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値よりも大きい第2容量値の浮遊拡散容量を用いて生成した。一方、本実施例の撮像装置は、第1蓄積期間に対応する信号を、第1容量値よりも大きい第2容量値の浮遊拡散容量を用いて生成する。そして、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値の浮遊拡散容量を用いて生成する。 The image pickup apparatus of Example 1 generated a signal corresponding to the first storage period using the stray diffusion capacitance of the first capacitance value. Then, a signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period was generated by using the stray diffusion capacity of the second capacity value larger than the first capacity value. On the other hand, the image pickup apparatus of this embodiment generates a signal corresponding to the first storage period by using the stray diffusion capacitance of the second capacitance value larger than the first capacitance value. Then, a signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period is generated by using the stray diffusion capacity of the first capacity value.
本実施例の撮像装置の構成は、実施例1と同じとすることができる。実施例1と異なるのは、第1蓄積期間に生成した信号が、第2容量値の浮遊拡散容量FD2に転送される。そして、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に生成した信号が、第1容量値の浮遊拡散容量FD1に転送される点である。 The configuration of the image pickup apparatus of this embodiment can be the same as that of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the signal generated during the first storage period is transferred to the stray diffusion capacitance FD2 having the second capacitance value. Then, the signal generated in the second storage period, which is longer than the first storage period, is transferred to the stray diffusion capacity FD1 having the first capacity value.
本実施例の効果について説明する。 The effect of this embodiment will be described.
図5(d)は、本実施例の効果を説明する図である。 FIG. 5D is a diagram illustrating the effect of this embodiment.
図5(b)の比較例では、第1蓄積期間と第2蓄積期間とで用いる浮遊拡散容量の容量値をC2としている。このため、第2蓄積期間に対応する信号のS成分の取りうる範囲の下限は、N(C2)によって圧迫されている。また、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号の取りうる範囲の上限は、容量値C2の浮遊拡散容量が飽和するレベルとなっている。 In the comparative example of FIG. 5B, the capacity value of the stray diffusion capacity used in the first storage period and the second storage period is set to C2. Therefore, the lower limit of the range in which the S component of the signal corresponding to the second accumulation period can be taken is pressed by N (C2). Further, the upper limit of the range in which a signal obtained by multiplying the signal corresponding to the first storage period by 10 can be taken is a level at which the stray diffusion capacity of the capacity value C2 is saturated.
一方、本実施例の撮像装置は、第2蓄積期間に対応する信号を、第1容量値(C3)の浮遊拡散容量を用いて生成する。これにより、第2蓄積期間に対応する信号のN成分は、N(C2)よりも小さいN(C3)となる。これにより、容量値C2の浮遊拡散容量を用いて第2蓄積期間に対応する信号を生成した場合に比べて、第2蓄積期間に対応する信号のS成分の取りうる範囲の下限を拡大することができる。また、容量値C2の浮遊拡散容量を用いて第2蓄積期間に対応する信号を生成した場合に比べて、第2蓄積期間に対応する信号のS成分の取りうる範囲の下限を拡大することができる。また、第1蓄積期間に対応する信号を10倍した信号の取りうる範囲は、S(C2)よりも大きいS(C1)となる。これにより、容量値C2の浮遊拡散容量を用いて第1蓄積期間に対応する信号を生成した場合に比べて、第1蓄積期間に対応する信号の取りうる範囲の上限を拡大することができる。 On the other hand, the image pickup apparatus of this embodiment generates a signal corresponding to the second storage period by using the stray diffusion capacity of the first capacity value (C3). As a result, the N component of the signal corresponding to the second storage period becomes N (C3), which is smaller than N (C2). As a result, the lower limit of the range in which the S component of the signal corresponding to the second storage period can be taken is expanded as compared with the case where the signal corresponding to the second storage period is generated by using the floating diffusion capacity of the capacity value C2. Can be done. Further, it is possible to expand the lower limit of the range in which the S component of the signal corresponding to the second storage period can be taken, as compared with the case where the signal corresponding to the second storage period is generated by using the floating diffusion capacity of the capacity value C2. can. Further, the range in which the signal corresponding to the first storage period is multiplied by 10 is S (C1), which is larger than S (C2). As a result, the upper limit of the range in which the signal corresponding to the first storage period can be taken can be expanded as compared with the case where the signal corresponding to the first storage period is generated by using the floating diffusion capacity of the capacity value C2.
本実施例の撮像装置は、第1蓄積期間に対応する信号を第1容量値よりも大きい第2容量値の浮遊拡散容量を用いて生成する。そして、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値の浮遊拡散容量を用いて生成する。これにより、本実施例の撮像装置は、同一の容量値で第1蓄積期間および第2蓄積期間のそれぞれに対応する信号を生成する場合に比べて、第1蓄積期間に対応する信号の上限と、第2蓄積期間に対応する信号の下限とを拡大することができる。つまり、本実施例の撮像装置は、従来の撮像装置に比べて、第1蓄積期間に対応する信号と、第2蓄積期間に対応する信号のダイナミックレンジを拡大することができる。 The image pickup apparatus of this embodiment generates a signal corresponding to the first storage period by using a stray diffusion capacitance having a second capacitance value larger than the first capacitance value. Then, a signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period is generated by using the stray diffusion capacity of the first capacity value. As a result, the image pickup apparatus of this embodiment has an upper limit of the signal corresponding to the first storage period as compared with the case of generating signals corresponding to the first storage period and the second storage period with the same capacitance value. , The lower limit of the signal corresponding to the second storage period can be expanded. That is, the image pickup apparatus of this embodiment can expand the dynamic range of the signal corresponding to the first accumulation period and the signal corresponding to the second accumulation period as compared with the conventional image pickup apparatus.
(実施例3)
本実施例の撮像装置について、実施例1と異なる点を中心に説明する。
(Example 3)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
実施例1の撮像装置のユニットセル20では、浮遊拡散容量FD1と浮遊拡散容量FD2の容量値を異ならせていた。本実施例の撮像装置は、浮遊拡散容量FD1と、浮遊拡散容量FD2の容量値を同じとしている。そして、本実施例の撮像装置のユニットセル20は、一方の浮遊拡散容量に、容量を追加する容量追加スイッチが接続されている構成を有する。
In the
図6は、本実施例の撮像装置の構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the image pickup apparatus of this embodiment.
本実施例の撮像装置のユニットセル20は、入力ノード5と第1リセットスイッチ6との間にトランジスタ21及びその制御線pADD(m)を設けた点が異なる。制御信号pADD(m)がHighレベルとなると、トランジスタ21がオンする。これにより、入力ノード5に接続される容量は、浮遊拡散容量FD1と、トランジスタ21が有する容量との合成容量となる。つまり、トランジスタ21は、浮遊拡散容量FD1の容量値を変更する容量変更部である。この容量変更部の典型例として、本実施例では、容量追加トランジスタであるトランジスタ21を用いる。
The
実施例1の撮像装置では、浮遊拡散容量FD2の容量値を、浮遊拡散容量FD1の容量値よりも大きいものとしていた。これにより、入力ノード15に接続された容量の容量値を、入力ノード5に接続された容量の容量値よりも大きくしていた。
In the image pickup apparatus of Example 1, the capacity value of the stray diffusion capacity FD2 is set to be larger than the capacity value of the stray diffusion capacity FD1. As a result, the capacity value of the capacity connected to the
一方、本実施例では、浮遊拡散容量FD1に、トランジスタ21をオン状態として接続することによって、入力ノード5に接続された容量の容量値を、入力ノード15に接続された容量の容量値よりも大きくする。これにより、実施例1ではフォトダイオード1から第2容量素子13を介して浮遊拡散容量FD2に転送していた信号を、本実施例では、第1容量素子3を介して浮遊拡散容量FD1とトランジスタ21との合成容量に転送する。また、実施例2ではフォトダイオード1から第1容量素子3を介して浮遊拡散容量FD1に転送していた信号を、本実施例では、第2容量素子13を介して浮遊拡散容量FD2に転送する。これにより、実施例1と同じ効果を得ることができる。
On the other hand, in this embodiment, by connecting the transistor 21 to the stray diffusion capacitance FD1 in the ON state, the capacitance value of the capacitance connected to the
また、本実施例の撮像装置は、撮影シーンに応じて、トランジスタ21をオフ状態としたまま、ユニットセル20から信号を読み出すことも可能である。
Further, the image pickup apparatus of this embodiment can read a signal from the
本実施例では、入力ノード5に対して容量変更部を設けていた。本実施例の撮像装置はこの例に限定されるものではなく、入力ノード15に対しても、容量変更部を設けても良い。この場合には、入力ノード5に接続された容量追加トランジスタと、入力ノード15に接続された容量追加トランジスタとの一方のみをオン状態とするようにすればよい。
In this embodiment, a capacity changing unit is provided for the
なお、容量変更部として、本実施例では、第1リセットスイッチ6と入力ノード5との間の電気的経路に容量追加トランジスタを設けていた。他の例として、複数のノードを備える容量素子とスイッチとを設け、複数のノードの一方を、スイッチを介して入力ノード5に接続し、他方のノードに基準電位(たとえば接地電位)が与えられるようにした容量変更部を設けても良い。この場合には、スイッチをオン状態とすれば、容量素子の容量値が浮遊拡散容量FD1の容量値に追加されることとなる。
As the capacitance changing unit, in this embodiment, an additional capacitance transistor is provided in the electrical path between the
また、本実施例では、入力ノード5の容量値を、トランジスタ21がオン状態の場合の容量値とオフ状態の容量値との2つとしていたが、入力ノード5の容量値に、さらに多くのバリエーションを持たせるようにしても良い。
Further, in this embodiment, the capacitance value of the
(実施例4)
本実施例の撮像装置について、実施例3と異なる点を中心に説明する。
(Example 4)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the third embodiment.
図7は、本実施例の撮像装置のユニットセル20の構成を示した図である。実施例1のユニットセル20は、第1容量素子3に対応した増幅部(第1増幅部7)と、第2容量素子13に対応した増幅部(第2増幅部17)とを有していた。本実施例の撮像装置のユニットセル20は、第1容量素子3と第2容量素子13とに対し、1つの増幅部27が設けられている点である。増幅部27は、選択スイッチ28を介して列信号線10に接続されている。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the
入力ノード25には、容量追加トランジスタとして、実施例3と同じく、トランジスタ21が接続されている。 As in the third embodiment, the transistor 21 is connected to the input node 25 as an additional capacitance transistor.
本実施例では、1つのユニットセル20が、光電変換部、第1転送部、第2転送部、第3転送部、第4転送部、第1信号保持部、第2信号保持部、増幅部を有する1つの組である。
In this embodiment, one
本実施例のユニットセル20は、第1容量素子3が保持した信号が、オン状態であるトランジスタ21と浮遊拡散容量FDの合成容量に転送される。一方、第2容量素子13が保持した信号は、トランジスタ21をオフ状態として、浮遊拡散容量FDに転送される。第1容量素子3が保持する信号を、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号とし、第2容量素子13が保持する信号を、第1蓄積期間に対応する信号とする。この動作により、実施例1と同じ効果を得ることができる。
In the
一方、第1容量素子3が保持する信号を、第1蓄積期間に対応する信号とし、第2容量素子13が保持する信号を、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号とする。この動作により、本実施例の撮像装置は、実施例2と同じ効果を得ることができる。
On the other hand, the signal held by the
また、本実施例の撮像装置のユニットセル20は、実施例1、実施例2で設けられていた複数の浮遊拡散容量と、複数の増幅部と、複数の選択スイッチとを、それぞれ1つずつとすることができる。これにより、本実施例の撮像装置のユニットセル20は、回路面積を、実施例1、実施例2のそれぞれのユニットセルに比べて減らすことができる。この回路面積の減少分を、フォトダイオード1、第1容量素子3、第2容量素子13の面積の増加に転用することができる。フォトダイオード1の面積を増加させた場合には、フォトダイオード1の感度と、信号の飽和量を増加させることができる。また、第1容量素子3、第2容量素子13の面積を増加させた場合には、それぞれの信号の飽和量を増加させることができる。
Further, the
(実施例5)
本実施例の撮像装置について、実施例4と異なる点を中心に説明する。
(Example 5)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the fourth embodiment.
図8は本実施例の撮像装置のユニットセルの構成を示した図である。本実施例の撮像装置は、ユニットセル20A、20Bを有する。ユニットセル20Aは、浮遊拡散容量FD11、増幅部37、選択スイッチ38を有する。ユニットセル20Bは、浮遊拡散容量FD21、増幅部47、選択スイッチ48を有する。浮遊拡散容量FD11の容量値は、浮遊拡散容量FD21の容量値よりも大きい。入力ノード35には、ユニットセル20A、20Bのそれぞれの第2転送スイッチ4が接続されている。また、入力ノード45には、ユニットセル20A、20Bのそれぞれの第4転送スイッチ14が接続されている。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a unit cell of the image pickup apparatus of this embodiment. The image pickup apparatus of this embodiment has
本実施例では、1つのユニットセル20が、光電変換部、第1転送部、第2転送部、第3転送部、第4転送部、第1信号保持部、第2信号保持部、増幅部を有する1つの組である。
In this embodiment, one
本実施例の撮像装置は、ユニットセル20A、20Bの第1容量素子3が保持する信号を、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号とする。また、ユニットセル20A、20Bの第2容量素子13が保持する信号を、第1蓄積期間に対応する信号とする。そして、浮遊拡散容量FD11には、まずユニットセル20Aの第1容量素子3が保持する信号が転送される。そして、増幅部37が、列信号線10にユニットセル20Aの第1容量素子3が保持する信号に対応する信号を出力する。その後、ユニットセル20Aの第1リセットスイッチ6がオンすることで浮遊拡散容量FD11の信号がリセットされる。そして、浮遊拡散容量FD11には、ユニットセル20Bの第1容量素子3が保持する信号が転送される。そして、増幅部37が、列信号線10にユニットセル20Bの第1容量素子3が保持する信号に対応する信号を出力する。
In the image pickup apparatus of this embodiment, the signal held by the
浮遊拡散容量FD21には、ユニットセル20Aの第2容量素子13が保持する信号が転送される。そして、増幅部47が、列信号線10にユニットセル20Aの第2容量素子13が保持する信号に対応する信号を出力する。その後、ユニットセル20Bの第1リセットスイッチ6がオンすることで浮遊拡散容量FD21の信号がリセットされる。そして、浮遊拡散容量FD21には、ユニットセル20Bの第2容量素子13が保持する信号が転送される。そして、増幅部47が、列信号線10にユニットセル20Bの第2容量素子13が保持する信号に対応する信号を出力する。
The signal held by the
これにより、本実施例の撮像装置は、実施例1と同じ効果を得ることができる。また、本実施例の撮像装置も、第1容量素子3が保持する信号を、第1蓄積期間に対応する信号とし、第2容量素子13が保持する信号を、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号とすることができる。この動作により、本実施例の撮像装置は、実施例2と同じ効果を得ることができる。
As a result, the image pickup apparatus of this embodiment can obtain the same effect as that of the first embodiment. Further, in the image pickup apparatus of this embodiment, the signal held by the
また、実施例3の撮像装置では、ユニットセル20は、容量追加トランジスタを備えていた。本実施例の撮像装置のユニットセル20A、20Bは容量追加トランジスタを備えずに、実施例1、実施例2の効果を得ることができる。このように、本実施例の撮像装置のユニットセル20A、20Bは、実施例3の撮像装置のユニットセル20に対して回路面積を減らすことができる効果を有する。この回路面積の減少分を、フォトダイオード1、第1容量素子3、第2容量素子13の面積の増加に転用することができる。フォトダイオード1の面積を増加させた場合には、フォトダイオード1の感度と、信号の飽和量を増加させることができる。また、第1容量素子3、第2容量素子13の面積を増加させた場合には、それぞれの信号の飽和量を増加させることができる。
Further, in the image pickup apparatus of the third embodiment, the
(実施例6)
本実施例の撮像装置について、実施例5と異なる点を中心に説明する。
(Example 6)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the fifth embodiment.
図9は、本実施例の撮像装置のユニットセル20C、20D、20Eの構成を示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of
実施例5の撮像装置のユニットセル20A、20Bでは、ユニットセル20Bの第2転送スイッチ4が、ユニットセル20Aの入力ノード35に配線(第1配線)を介して接続されていた。また、ユニットセル20Aの第4転送スイッチ14が、ユニットセル20Bの入力ノード45に配線(第2配線)を介して接続されていた。この接続関係の場合、ユニットセル20Aとユニットセル20Bとで、第1配線と第2配線とが並走する箇所が存在する。このレイアウトの場合、並走する第1配線と第2配線とによって存在する寄生容量による、入力ノードに転送される信号の信号精度の低下が生じる場合がある。また、寄生容量の容量値を下げるために、第1配線と第2配線との距離を離すように配置すれば、ユニットセルの回路面積が増加する。
In the
本実施例の撮像装置はユニットセル20C、20D、20Eを有する。ユニットセル20Cは、浮遊拡散容量FD31、入力ノード55、増幅部57、選択スイッチ58を有する。
The image pickup apparatus of this embodiment has
ユニットセル20Dは、浮遊拡散容量FD41、入力ノード65、増幅部67、選択スイッチ68を有する。
The
ユニットセル20Eは、浮遊拡散容量FD51、入力ノード75、増幅部77、選択スイッチ78を有する。
The
浮遊拡散容量FD31、FD51の容量値は等しい。また、浮遊拡散容量FD41の容量値は、浮遊拡散容量FD31、FD51よりも大きい。 The capacity values of the floating diffusion capacities FD31 and FD51 are the same. Further, the capacity value of the floating diffusion capacity FD41 is larger than that of the floating diffusion capacities FD31 and FD51.
ユニットセル20Cの第2転送スイッチ4は、ユニットセル20Dの入力ノード65に接続されている。ユニットセル20Dの第4転送スイッチ14は、ユニットセル20Eの入力ノード75に接続されている。
The
つまり、複数のユニットセル20のうちの一部の1つのユニットセルである第1ユニットセルとしてユニットセル20Dがある。また、複数のユニットセル20のうちの他の一部の1つのユニットセルである第2ユニットセルとしてユニットセル20Cがある。また、複数のユニットセル20のうちの他の一部の1つのユニットセルである第3ユニットセルとしてユニットセル20Eがある。その第1ユニットセルの第2転送部である第2転送スイッチ4と、第2ユニットセルの第2転送部である第2転送スイッチ4とが、第1ユニットセルの入力ノードである入力ノード65に接続されている。また、第1ユニットセルの第4転送部である第4転送スイッチ14と、第3ユニットセルの第4転送部である第4転送スイッチ14とが、第3ユニットセルの入力ノードである入力ノード75に接続されている。そして、第2ユニットセル、第1ユニットセル、第3ユニットセルの順に、他のユニットセルを間に介さずに配されている。
That is, there is a
この構成により、複数のユニットセルの一方のユニットセルの転送スイッチと、他方のユニットセルの入力ノードとを接続する配線同士が並走しないように構成することができる。これにより、実施例5の撮像装置では存在していた、第1配線と第2配線とが並走することによって生じていた寄生容量を、低減することができる。これにより、本実施例の撮像装置は、入力ノードに転送される信号の信号精度の低下を生じにくくすることができる。 With this configuration, the wiring connecting the transfer switch of one unit cell of the plurality of unit cells and the input node of the other unit cell can be configured so as not to run in parallel. As a result, the parasitic capacitance generated by the parallel running of the first wiring and the second wiring, which existed in the image pickup apparatus of the fifth embodiment, can be reduced. As a result, the image pickup apparatus of this embodiment can make it difficult for the signal accuracy of the signal transferred to the input node to deteriorate.
(実施例7)
本実施例の撮像装置について、実施例4と異なる点を中心に説明する。
(Example 7)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the fourth embodiment.
図10は、本実施例の撮像装置のユニットセル20Fの構成を示した図である。実施例4の撮像装置にユニットセル20は、第2容量素子13、第3転送スイッチ12、第4転送スイッチ14を有していた。本実施例の撮像装置のユニットセル20Fは、第2容量素子13、第3転送スイッチ12、第4転送スイッチ14を有しない構成としている。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the
ユニットセル20Fは、トランジスタ81、第1転送スイッチ82、容量素子83、第2転送スイッチ84、入力ノード85、選択スイッチ88、浮遊拡散容量FD61を有する。トランジスタ81は容量追加トランジスタである。
The
また、本実施例では、実施例2と同じく、第1蓄積期間に対応する信号を第1容量値よりも大きい第2容量値の入力ノードに転送し、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値の入力ノードに転送する。 Further, in the present embodiment, as in the second embodiment, the signal corresponding to the first storage period is transferred to the input node having the second capacitance value larger than the first capacitance value, and the second storage longer than the first storage period. The signal corresponding to the period is transferred to the input node of the first capacitance value.
図11は、図10に示した撮像装置の動作を示した図である。nフレームと、nフレームに続くn+1フレームの動作とを示している。 FIG. 11 is a diagram showing the operation of the image pickup apparatus shown in FIG. It shows the operation of n frames and n + 1 frames following n frames.
時刻T1から時刻T3までの期間、フォトダイオード1は信号を蓄積する。この信号を信号PD1(n)とする。また、時刻T3から時刻T5までの期間、フォトダイオード1は信号を蓄積する。この信号を信号PD2(n)とする。
During the period from time T1 to time T3, the
時刻T3に、信号PD1(n)が、容量素子83に転送される。その後、容量素子83が保持した信号PD1(n)は、トランジスタ81をオン状態として、トランジスタ81と、浮遊拡散容量FD61との合成容量に転送される。垂直走査回路101は、各行の選択スイッチ88を順次オン状態として、各行の増幅部87から信号PD1(n)に対応する信号を出力させる。
At time T3, the signal PD1 (n) is transferred to the
時刻T5に、信号PD2(n)が、容量素子83に転送される。その後、容量素子83が保持した信号PD2(n)は、トランジスタ81をオフ状態として、浮遊拡散容量FD61に転送される。垂直走査回路101は、各行の選択スイッチ88を順次オン状態として、各行の増幅部87から信号PD2(n)に対応する信号を出力させる。
At time T5, the signal PD2 (n) is transferred to the
時刻T6以降は、時刻T1以降の動作が繰り返される。 After the time T6, the operation after the time T1 is repeated.
図12を用いて、図11で説明した動作の詳細を説明する。図12に示した時刻は、図11で示した時刻に対応している。 The details of the operation described with reference to FIG. 11 will be described with reference to FIG. The time shown in FIG. 12 corresponds to the time shown in FIG.
時刻T0から時刻T1までの期間、垂直走査回路101は、信号pOFDを、全ての行のユニットセル20FにおいてHighレベルとしている。
During the period from time T0 to time T1, the
時刻T1に、垂直走査回路101が信号pOFDを、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Lowレベルとする。これにより、全ての行のフォトダイオード1が信号の蓄積を開始する。
At time T1, the
時刻T2に、垂直走査回路101は、信号pGS1を、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Highレベルとする。その後、時刻T3に、垂直走査回路101は、信号pGS1を、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Lowレベルとする。これにより、全てのユニットセル20Fの容量素子83は、信号PD1(n)を保持する。時刻T1から時刻T3までの期間が、フォトダイオード1が信号を蓄積する第1蓄積期間である。
At time T2, the
時刻T3に、垂直走査回路101は、信号pADDを、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Highレベルとする。これにより、全てのユニットセル20Fのトランジスタ81が、入力ノード85に接続された状態となる。
At time T3, the
時刻T3の後、垂直走査回路101はm行目のユニットセル20Fに出力する信号pSEL1(m)をHighレベルとする。信号pSEL(m)をHighレベルとしている期間に、垂直走査回路101は、信号pRES(m)をHighレベルとした後、Lowレベルとする。これにより、浮遊拡散容量FD85の信号がリセットされる。
After the time T3, the
信号pRES(m)がLowレベルとなった後、垂直走査回路101は、信号pTX1(m)をHighレベルとした後、Lowレベルとする。これにより、トランジスタ81と浮遊拡散容量FD85との合成容量に、信号PD1(n)が転送される。これにより、増幅部87は、信号PD1(n)に対応する信号を、列信号線10に出力する。
After the signal pRES (m) reaches the Low level, the
その後、垂直走査回路101は、信号pSEL(m)をLowレベルとする。続いて信号pSEL(m+1)をHighレベルとする。以降、垂直走査回路101は、各行のユニットセル20Fから、信号PD1(n)に対応する信号を順次読み出す動作を行う。
After that, the
時刻T4に、垂直走査回路101は、信号pADDを、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Lowレベルとする。
At time T4, the
また、時刻T4に垂直走査回路101は、信号pGS1を、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Highレベルとする。その後、時刻T5に、垂直走査回路101は、信号pGS1を、全ての行のユニットセル20Fにおいて、Lowレベルとする。これにより、全てのユニットセル20Fの容量素子83は、信号PD2(n)を保持する。時刻T3から時刻T5までの期間が、フォトダイオード1が信号を蓄積する第2蓄積期間である。第2蓄積期間は、第1蓄積期間よりも長い期間である。
Further, at time T4, the
時刻T5の後、垂直走査回路101はm行目のユニットセル20Fに出力する信号pSEL1(m)をHighレベルとする。信号pSEL(m)をHighレベルとしている期間に、垂直走査回路101は、信号pRES(m)および信号pADD(m)をHighレベルとした後、Lowレベルとする。これにより、浮遊拡散容量FD85の信号がリセットされる。
After the time T5, the
信号pRES(m)、信号pADD(m)がLowレベルとなった後、垂直走査回路101は、信号pTX1(m)をHighレベルとした後、Lowレベルとする。これにより、浮遊拡散容量FD85に、信号PD2(n)が転送される。これにより、増幅部87は、信号PD2(n)に対応する信号を、列信号線10に出力する。
After the signal pRES (m) and the signal pADD (m) reach the Low level, the
その後、垂直走査回路101は、信号pSEL(m)をLowレベルとする。続いて信号pSEL(m+1)をHighレベルとする。以降、垂直走査回路101は、各行のユニットセル20Fから、信号PD2(n)に対応する信号を順次読み出す動作を行う。
After that, the
これにより、本実施例の撮像装置は、実施例2の撮像装置と同じ効果を得ることができる。さらに本実施例の撮像装置のユニットセル20Fは、実施例4の撮像装置のユニットセル20に対して、第3転送スイッチ12、第2容量素子13、第4転送スイッチ14を有しない構成とすることができる。これにより、本実施例のユニットセル20Fは、実施例4のユニットセル20よりも回路面積を減らすことができる。この回路面積の減少分を、フォトダイオード1、容量素子83の面積の増加に転用することができる。フォトダイオード1の面積を増加させた場合には、フォトダイオード1の感度と、信号の飽和量を増加させることができる。また、容量素子83の面積を増加させた場合には、信号の飽和量を増加させることができる。
As a result, the image pickup apparatus of the present embodiment can obtain the same effect as the image pickup apparatus of the second embodiment. Further, the
なお、本実施例では、第1蓄積期間に対応する信号を第1容量値よりも大きい第2容量値の入力ノードに転送し、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値の入力ノードに転送した。本実施例は、実施例1と同じように、第1蓄積期間に対応する信号を第1容量値の入力ノードに転送し、第1蓄積期間よりも長い第2蓄積期間に対応する信号を第1容量値よりも大きい第2容量値の入力ノードに転送するようにしてもよい。この場合には、本実施例の撮像装置は、実施例1と同じ効果を得ることができる。 In this embodiment, the signal corresponding to the first storage period is transferred to the input node having the second capacity value larger than the first capacity value, and the signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period is transmitted. Transferred to the input node of the first capacity value. In this embodiment, as in the first embodiment, the signal corresponding to the first storage period is transferred to the input node of the first capacitance value, and the signal corresponding to the second storage period longer than the first storage period is the first. It may be transferred to the input node of the second capacity value larger than the first capacity value. In this case, the image pickup apparatus of this embodiment can obtain the same effect as that of the first embodiment.
(実施例8)
本実施例の撮像装置について、実施例6と異なる点を中心に説明する。
(Example 8)
The image pickup apparatus of this embodiment will be described focusing on the differences from the sixth embodiment.
図13は、本実施例の撮像装置のユニットセル20の構成を示した図である。本実施例の撮像装置はユニットセル20L、20M、20Nを有する。ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは複数のフォトダイオード1a、1bを有する。さらに、ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは第1転送スイッチ2a、2bを有する。また、ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは第2転送スイッチ4a、4bを有する。ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは第3転送スイッチ12a、12bを有する。ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは第4転送スイッチ14a、14bを有する。また、ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは第1容量素子3a、3bを有する。また、ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは第2容量素子13a、13bを有する。また、ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは入力ノード85を有する増幅部87と、入力ノード95を有する増幅部97とを有する。また、また、ユニットセル20L、20M、20Nのそれぞれは選択スイッチ88、98を有する。
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the
本実施例では、1つのユニットセル20が、光電変換部、第1転送部、第2転送部、第3転送部、第4転送部、第1信号保持部、第2信号保持部、増幅部を有する1つの組を、2つ備えている点で実施例6の撮像装置と異なる。また、不図示であるが、1つのユニットセルに対し、1つのマイクロレンズが設けられている。したがって、フォトダイオード1a、1bには、1つのマイクロレンズを透過した光が入射する。
In this embodiment, one
第1転送スイッチ2a、2bには、垂直走査回路101から、信号pGS1(m)が入力される。第2転送スイッチ4a、4bには、垂直走査回路101から、信号pTX(m)が入力される。第3転送スイッチ12a、12bには、垂直走査回路101から、信号pGS2(m)が入力される。第4転送スイッチ14a、14bには、垂直走査回路101から、信号pTX2(m)が入力される。選択スイッチ88には、垂直走査回路101から信号pSEL1(m)が入力される。また、選択スイッチ98には、垂直走査回路101から信号pSEL2(m)が入力される。
The signal pGS1 (m) is input to the first transfer switches 2a and 2b from the
この例においても、入力ノード85の容量値と、入力ノード95の容量値とを異ならせるようにすればよい。これにより、実施例6の撮像装置と同じ効果を得ることができる。
Also in this example, the capacity value of the
(実施例9)
本実施例は、上述した各実施例の撮像装置を有する撮像システムに関する。
(Example 9)
This embodiment relates to an imaging system having the imaging apparatus of each of the above-described embodiments.
撮像システムとして、デジタルスチルカメラやデジタルカムコーダーや監視カメラなどがあげられる。図14に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラに撮像装置を適用した場合の模式図を示す。 Examples of the imaging system include a digital still camera, a digital camcorder, and a surveillance camera. FIG. 14 shows a schematic diagram when an image pickup device is applied to a digital still camera as an example of an image pickup system.
図14に例示した撮像システムは、レンズの保護のためのバリア1501、被写体の光学像を撮像装置1504に結像させるレンズ1502、レンズ1502を通過する光量を可変にするための絞り1503を有する。レンズ1502、絞り1503は撮像装置1504に光を集光する光学系である。また、図14に例示した撮像システムは撮像装置1504より出力される出力信号の処理を行う出力信号処理部1505を有する。出力信号処理部1505は必要に応じて各種の補正、圧縮を行って信号を出力する動作を行う。
The image pickup system illustrated in FIG. 14 has a
図14に例示した撮像システムはさらに、画像データを一時的に記憶する為のバッファメモリ部1506、外部コンピュータ等と通信する為の外部インターフェース部1507を有する。さらに撮像システムは、撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体1509、記録媒体1509に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部1508を有する。さらに撮像システムは、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御演算部1510、撮像装置1504と出力信号処理部1505に各種タイミング信号を出力するタイミング供給部1511を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも撮像装置1504と、撮像装置1504から出力された出力信号を処理する出力信号処理部1505とを有すればよい。
The imaging system illustrated in FIG. 14 further includes a
撮像装置1504として、実施例8の撮像装置を用いた場合には、出力信号処理部1505は、フォトダイオード1aが蓄積した信号に対応する信号と、フォトダイオード1bが蓄積した信号に対応する信号とを用いて、位相差検出方式のデフォーカス量の検出を行うことができる。全体制御演算部1510は、検出されたデフォーカス量を用いて、光学系を駆動して被写体にピントを合わせる動作を行うことができる。
When the image pickup device of the eighth embodiment is used as the
出力信号処理部1505は、撮像装置1504が形成された第1の半導体基板とは別の第2の半導体基板に設けられている。この第1の半導体基板と第2の半導体基板とはそれぞれ別々のチップとしても良いし、積層して1つのチップとしても良い。
The output
以上のように、本実施例の撮像システムは、撮像装置1504を適用して撮像動作を行うことが可能である。
As described above, the image pickup system of this embodiment can perform the image pickup operation by applying the
なお、上記実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、これまで述べた各実施例を種々組み合わせて実施することができる。 It should be noted that the above examples are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these examples. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features. In addition, each of the embodiments described so far can be carried out in various combinations.
1 フォトダイオード
2 第1転送スイッチ
3 第1容量素子
4 第2転送スイッチ
5、15 入力ノード
6、16 第1リセットスイッチ
7、17 増幅部
8、18 選択スイッチ
9 第2リセットスイッチ
10 列信号線
11 電源電圧
12 第3転送スイッチ
13 第2容量素子
14 第4転送スイッチ
FD1、FD2 浮遊拡散容量
1
Claims (10)
前記複数の組を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記第1転送部による前記光電変換部から前記信号保持部への信号の転送の開始と終了のそれぞれを、前記複数の組で同時とし、
前記複数の組の少なくとも一部の組が、前記入力ノードの容量値を変更する容量変更部をさらに有し、
前記光電変換部は、第1蓄積期間と、前記第1蓄積期間とは別の期間であって前記第1蓄積期間よりも短い第2蓄積期間とのそれぞれにおいて信号を蓄積し、
前記容量変更部が前記入力ノードを第1容量値とした状態で、前記第1蓄積期間に対応する信号が前記第2転送部から前記入力ノードに転送され、
前記容量変更部が前記入力ノードを前記第1容量値よりも小さい第2容量値とした状態で、前記第2蓄積期間に対応する信号が前記第2転送部から前記入力ノードに転送されることを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion unit, a signal holding unit, an amplification unit including an input node, a first transfer unit provided in an electrical path between the photoelectric conversion unit and the signal holding unit, the signal holding unit, and the signal holding unit. A cell array in which a plurality of pairs each having a second transfer unit provided in an electrical path to and from an input node are arranged over a plurality of rows and columns, and a cell array.
It has a control unit that controls the plurality of sets.
The control unit simultaneously starts and ends the transfer of a signal from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit by the first transfer unit in the plurality of sets.
At least a part of the plurality of sets further has a capacity changing unit for changing the capacity value of the input node.
The photoelectric conversion unit accumulates signals in each of a first storage period and a second storage period different from the first storage period and shorter than the first storage period.
With the capacity changing unit setting the input node as the first capacity value, the signal corresponding to the first storage period is transferred from the second transfer unit to the input node.
The signal corresponding to the second storage period is transferred from the second transfer unit to the input node in a state where the capacity changing unit sets the input node as the second capacity value smaller than the first capacity value. An imaging device characterized by.
前記複数の組のうちの第2組の前記第2転送部と、前記第1組の前記入力ノードおよび前記容量変更部とが接続されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The first set of the plurality of sets includes the capacity changing unit.
The image pickup apparatus according to claim 1 , wherein the second transfer unit of the second set of the plurality of sets is connected to the input node and the capacity changing unit of the first set.
第2信号保持部と、
前記光電変換部と前記第2信号保持部との間の電気的経路に設けられた第3転送部と、
前記第2信号保持部と前記入力ノードとの間の電気的経路に設けられた第4転送部とをさらに有し、
前記光電変換部が前記第1蓄積期間に蓄積した信号が、前記第1転送部を介して前記信号保持部に転送され、
前記光電変換部が前記第2蓄積期間に蓄積した信号が、前記第3転送部を介して前記第2信号保持部に転送されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Each of the plurality of sets
The second signal holder and
A third transfer unit provided in the electrical path between the photoelectric conversion unit and the second signal holding unit,
It further has a fourth transfer section provided in the electrical path between the second signal holding section and the input node.
The signal accumulated by the photoelectric conversion unit during the first storage period is transferred to the signal holding unit via the first transfer unit.
The image pickup apparatus according to claim 1 , wherein the signal accumulated by the photoelectric conversion unit during the second storage period is transferred to the second signal holding unit via the third transfer unit.
前記第1転送部による、前記光電変換部から前記信号保持部への信号の転送の開始と終了のそれぞれを、前記複数の組で同時とする制御部をさらに有し、
前記光電変換部は、第1蓄積期間と、前記第1蓄積期間とは別の期間であって前記第1蓄積期間よりも短い第2蓄積期間とのそれぞれにおいて信号を蓄積し、
前記第1入力ノードに前記第1蓄積期間に対応する信号が転送され、
前記第2入力ノードに前記第2蓄積期間に対応する信号が転送されることを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion unit, a signal holding unit, a first amplification unit including a first input node having a first capacitance value, and a second amplification unit including a second input node having a second capacitance value larger than the first capacitance value. And a first transfer unit provided in the electrical path between the photoelectric conversion unit and the signal holding unit, and a second electric path provided in the electrical path between the signal holding unit and the first input node. A plurality of sets each having two transfer units and a fourth transfer unit provided in an electrical path between the signal holding unit and the second input node are distributed over a plurality of rows and columns. Has a cell array
Further , it has a control unit for simultaneously starting and ending the transfer of a signal from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit by the first transfer unit in the plurality of sets.
The photoelectric conversion unit accumulates signals in each of a first storage period and a second storage period different from the first storage period and shorter than the first storage period.
The signal corresponding to the first storage period is transferred to the first input node, and the signal corresponding to the first storage period is transferred.
An image pickup apparatus characterized in that a signal corresponding to the second storage period is transferred to the second input node.
前記第1転送部による、前記光電変換部から前記信号保持部への信号の転送の開始と終了のそれぞれを、前記複数の組で同時とする制御部をさらに有し、
前記光電変換部は、第1蓄積期間と、前記第1蓄積期間とは別の期間であって前記第1蓄積期間よりも短い第2蓄積期間とのそれぞれにおいて信号を蓄積し、
前記第1入力ノードに前記第2蓄積期間に対応する信号が転送され、
前記第2入力ノードに前記第1蓄積期間に対応する信号が転送されることを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion unit, a signal holding unit, a first amplification unit including a first input node having a first capacitance value, and a second amplification unit including a second input node having a second capacitance value larger than the first capacitance value. And a first transfer unit provided in the electrical path between the photoelectric conversion unit and the signal holding unit, and a second electric path provided in the electrical path between the signal holding unit and the first input node. A plurality of sets each having two transfer units and a fourth transfer unit provided in an electrical path between the signal holding unit and the second input node are distributed over a plurality of rows and columns. Has a cell array
Further, it has a control unit for simultaneously starting and ending the transfer of a signal from the photoelectric conversion unit to the signal holding unit by the first transfer unit in the plurality of sets.
The photoelectric conversion unit accumulates signals in each of a first storage period and a second storage period different from the first storage period and shorter than the first storage period.
The signal corresponding to the second storage period is transferred to the first input node, and the signal corresponding to the second storage period is transferred.
An image pickup apparatus characterized in that a signal corresponding to the first storage period is transferred to the second input node.
前記容量変更部が、前記第2入力ノードの容量値を、前記第2容量値を含む複数の容量値から前記第2容量値を選択することによって、前記第2入力ノードの容量値が前記第2容量値となることを特徴とする請求項4または5に記載の撮像装置。 Each of the plurality of sets includes a capacity changer connected to the second input node.
The capacity changing unit selects the capacity value of the second input node and the second capacity value from a plurality of capacity values including the second capacity value, so that the capacity value of the second input node becomes the first. The image pickup apparatus according to claim 4 or 5 , wherein the image pickup device has two capacitance values.
前記第1入力ノードと前記第2入力ノードのそれぞれは、シリコン半導体層に不純物を拡散させることによって形成された浮遊拡散部を備え、
前記第1入力ノードの前記浮遊拡散部と、前記第2入力ノードの前記浮遊拡散部とは同じ容量値であり、
前記容量変更部が、前記第2入力ノードの前記浮遊拡散部に別の容量を接続することによって、前記第2入力ノードの容量値が前記第2容量値となることを特徴とする請求項4または5に記載の撮像装置。 Each of the plurality of sets includes a capacity changer connected to the second input node.
Each of the first input node and the second input node includes a floating diffusion portion formed by diffusing impurities in a silicon semiconductor layer.
The floating diffusion portion of the first input node and the floating diffusion portion of the second input node have the same capacitance value.
4. The fourth aspect of the present invention, wherein the capacity changing unit connects another capacity to the stray diffusion unit of the second input node, so that the capacity value of the second input node becomes the second capacity value. Or the image pickup apparatus according to 5 .
前記第1容量値と前記第2容量値の差は、前記第1入力ノードの前記浮遊拡散部の容量値と、前記第2入力ノードの前記浮遊拡散部の容量値との差であることを特徴とする請求項4または5に記載の撮像装置。 Each of the first input node and the second input node includes a floating diffusion portion formed by diffusing impurities in a silicon semiconductor layer.
The difference between the first capacitance value and the second capacitance value is the difference between the capacitance value of the floating diffusion portion of the first input node and the capacitance value of the floating diffusion portion of the second input node. The imaging device according to claim 4 or 5 .
前記複数のユニットセルのそれぞれに対し、1つのマイクロレンズが対応して設けられていることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の撮像装置。 A plurality of unit cells each having the plurality of sets are arranged in the cell array over a plurality of rows and a plurality of columns.
The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 8 , wherein one microlens is provided corresponding to each of the plurality of unit cells.
前記撮像装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。 The image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 9 , and the image pickup apparatus.
An imaging system characterized by having a signal processing unit that generates an image by processing a signal output by the imaging apparatus.
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