JP7039237B2 - 撮像装置、撮像システム、移動体、回路チップ - Google Patents
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Description
(撮像装置の全体構成)
図1は、本実施例の撮像装置が備える、第1チップ1、第2チップ5を示した図である。第1チップ1は、複数行および複数列に渡って画素11が配された画素チップである。また、第2チップ5は、複数行および複数列に渡って、信号処理回路21が配された回路チップである。なお、ここでは画素11と信号処理回路21のみを図示しているが、他に画素11を制御する制御線、画素11が出力する信号を伝送する信号線が適宜、第1チップ1に配される。また、垂直走査回路、タイミングジェネレータ等の駆動回路が適宜、第1チップ1あるいは第2チップ5に配される。
図2は、平面視における、第1チップ1が備える画素11と、第2チップ5が備える信号処理回路21のレイアウトを示した図である。図2では、画素11が備えるカラーフィルタの色も合わせて示している。図2に示したRは、画素11が赤(R)のカラーフィルタを備えることを示している。以下、同じくG、Bはそれぞれ、画素11が緑(G)、青(B)のカラーフィルタを備えることを示している。
図3は、図1、図2に示した撮像装置のブロック図を示している。図3では、図2に示した画素11のうち、奇数列の画素11のみを示している。第1チップ1の画素11は、1列の画素11に対し、4本の信号線201(A)~(D)を有する。なお、以下では信号線201(A)~(D)を区別なく表記する場合には、単に信号線201と表記する。1行目の画素11は信号線201(A)に接続されている。以下、同様に2~4行目の画素11は、順に信号線201(B)~(D)に接続されている。信号線201(A)~(D)は、他の列においても、1列目の画素11と同じように配されている。
図4は、図3に示した撮像装置の斜視図である。図4では、4行1列に配された画素11と、1行目11列目の画素11とを中心に記載している。図1に示した第1チップ1と第2チップ5は、接合面300で接合されている。
図6は、本実施例の画素11の等価回路図である。画素11は、光電変換部であるフォトダイオード601a、601bを有する。フォトダイオード601a、601bには、不図示の1つのマイクロレンズと、図2に示した配列に従って設けられたカラーフィルタを透過した光が入射する。つまり、フォトダイオード601aに入射する光と、フォトダイオード601bに入射する光の波長は実質的に同じである。
図7は、図6に示した画素11を備える撮像装置の動作を示した図である。
時刻t2に、垂直走査回路は、1行目の画素11に出力する信号PRESをLowレベルとする。これにより、1行目の画素11のリセットトランジスタ606がオフする。よって、FD部605のリセットが解除される。増幅トランジスタ607は、リセットが解除されたFD部605の電位に基づく信号を、図3に示した信号線201(A)に出力する。この信号を、N信号(ノイズ信号)と表記する。これにより、各列の信号線201(A)には、画素11からN信号が出力されている。
時刻t2以降、MPX回路350(A)は、タイミングジェネレータから供給される信号MPXによって、1~12列のうち奇数列の画素11に対応する信号線201(A)を、順次ADC360(A)に接続する。
時刻t16に、垂直走査回路は、3行目の画素11に出力する信号をLowレベルとする。これにより、3行目の画素11のリセットトランジスタ606がオフする。よって、FD部605のリセットが解除される。増幅トランジスタ607は、リセットが解除されたFD部605の電位に基づく信号であるN信号を、図3に示した信号線201(C)に出力する。これにより、各列の信号線201(C)には、画素11からノイズ信号が出力されている。
時刻t16以降、MPX回路350(A)は、タイミングジェネレータから供給される信号MPXによって、1~12列のうち奇数列の画素11に対応する信号線201(C)を、順次ADC360(A)に接続する。
時刻t16に、垂直走査回路は、1行目の画素11に出力する信号PTXA、PTXBをHighレベルとする。これにより、フォトダイオード601a、601bが蓄積した電荷(本実施例では電子である)が、転送トランジスタ603a、603bを介してFD部605に転送される。FD部605では、フォトダイオード601a、601bのそれぞれの電荷が加算される。これにより、FD部605は、フォトダイオード601a、601bのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応する電位となる。仮に、フォトダイオード601aのみの電荷によるFD部605の電位に基づいて増幅トランジスタ607が出力する信号をA信号とする。また、仮に、フォトダイオード601bのみの電荷によるFD部605の電位に基づいて増幅トランジスタ607が出力する信号をB信号とする。この表記に従うと、フォトダイオード601a、601bのそれぞれの電荷を加算した電荷に対応するFD部605の電位に基づいて増幅トランジスタ607が出力する信号はA信号とB信号を加算したA+B信号とみなすことができる。各列の信号線201(A)には、1行目の画素11のA+B信号が出力されている。
時刻t30以降、MPX回路350(A)は、タイミングジェネレータから供給される信号MPXによって、1~12列のうち奇数列の画素11に対応する信号線201(A)を、順次ADC360(A)に接続する。
時刻t30に、垂直走査回路は、3行目の画素11に出力する信号PTXA、PTXBをHighレベルとする。これにより、各列の信号線201(C)には、3行目の画素11のA+B信号が出力されている。
時刻t44以降、MPX回路350(A)は、タイミングジェネレータから供給される信号MPXによって、1~12列のうち奇数列の画素11に対応する信号線201(C)を、順次ADC360(A)に接続する。
図7に示した動作では、以下のように、複数の動作を並行して行っている。
(1)1行目の画素11に対応するN信号のAD変換と、3行目の画素11に対応するN信号の読み出しとの並行動作
(2)3行目の画素11に対応するN信号のAD変換と、1行目の画素11に対応するA+B信号の読み出しとの並行動作
(3)1行目の画素11に対応するA+B信号のAD変換と、3行目の画素11に対応するA+B信号の読み出しとの並行動作
この並行動作により、ADC360(A)が1度のAD変換を終えてから、次のAD変換を行うまでの待機期間を短縮することができる。これにより、全ての画素11が出力する信号のAD変換に要する期間を短縮することができる。よって、撮像装置の高フレームレート化を進展させることができる。
本実施例の撮像装置では、前述したように、1つのADC360(A)に接続される画素11は全て、Rのカラーフィルタを備える画素11である。一方、ADC360(B)に接続される画素11は全て、Gのカラーフィルタを備える画素11である。このように、各々が第1色(R)のカラーフィルタを備える複数の第1画素11は、第2AD変換部であるADC360(B)に接続されずに第1AD変換部であるADC360(A)に接続される。また、各々が第2色(G)のカラーフィルタを備える複数の第1画素11は、第1AD変換部であるADC360(A)に接続されずに第2AD変換部であるADC360(B)に接続される。
本実施例では、第1色のカラーフィルタが配された画素11が接続され、第2色のカラーフィルタが配された画素11が接続されていない信号線201が、ADC360に接続される例を説明した。この例では、当該ADC360と第2色のカラーフィルタが配された画素11とが接続される接続部が設けられない形態となる。
本実施例について、実施例1と異なる点を中心に説明する。本実施例の撮像装置は、実施例1のADC360(A)、ADC360(B)として、逐次比較型のAD変換器を用いた例である。その他の構成は、実施例1の撮像装置の構成と同じとすることができる。
図9は、本実施例のADC360の等価回路図である。
図10において、sw0~sw6は制御回路820からスイッチsw0~sw6に供給される制御信号の値を示す。スイッチsw0~sw4は、供給される制御信号がHighである場合に端子Bへトグルし、制御信号がLowである場合に端子Aへトグルする。スイッチsw5、sw6は、供給される制御信号がHighである場合に導通状態となり、制御信号がLowである場合に非導通状態となる。図10の下側にはアナログ信号Sin及び比較信号Vcmpが示される。図10では、アナログ信号Sinの値が2進数で00110に相当する場合を例として扱う。
実施例2では、ADC360として、逐次比較型のAD変換器を用いた例を説明した。ADC360は、この逐次比較型のAD変換器に限定されるものでは無い。例えば、他のAD変換器として、ランプ信号比較型、デルタシグマ型、パイプライン型、フラッシュ型等の種々のAD変換器を用いることができる。
図11は、本実施例による撮像システム500の構成を示すブロック図である。本実施例の撮像システム500は、上述の各実施例で述べた撮像装置のいずれかの構成を適用した撮像装置200を含む。撮像システム500の具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図11に、上述の各実施例のいずれかの撮像装置を撮像装置200として適用したデジタルスチルカメラの構成例を示す。
本実施例の撮像システム及び移動体について、図12及び図13を用いて説明する。
本発明は、上記実施例に限らず種々の変形が可能である。
5 第2チップ
11 画素
21 信号処理回路
303 接続部
310 電流源
350 マルチプレックス回路(MPX回路)
360 AD変換回路(ADC)
Claims (14)
- 第1色のカラーフィルタを備える、複数行および複数列に渡って配され、画素信号を出力する複数の第1画素を有する第1画素群と、
前記第1色とは別の色である第2色のカラーフィルタを備える、複数行および複数列に渡って配され、画素信号を出力する複数の第2画素を有する第2画素群と、
前記第1画素群のうち、前記複数列のうちの第1列に配される第1画素が接続された第1信号線と、
前記第2画素群のうち、前記第1列に配される第2画素が接続された第2信号線と、
前記第1画素群のうち、前記第1列に配される別の第1画素が接続された第3信号線と、
前記第2画素群のうち、前記第1列に配される別の第2画素が接続された第4信号線と、
前記第1信号線が接続される第1接続部と、
前記第2信号線が接続される第2接続部と、
前記第3信号線が接続される第3接続部と、
前記第4信号線が接続される第4接続部とを有する第1チップと、
第1AD変換部と、
第2AD変換部と、
前記第1AD変換部にそれぞれ接続される、第5接続部および第6接続部と、
前記第2AD変換部にそれぞれ接続される、第7接続部および第8接続部と、
を有する第2チップとを有し、
前記第1チップと前記第2チップは積層され、
前記第1接続部と前記第5接続部が接続され、
前記第3接続部と前記第6接続部が接続され、
前記第2接続部と前記第7接続部が接続され、
前記第4接続部と前記第8接続部が接続され、
前記第7接続部および前記第8接続部は接続されず、かつ前記第5接続部と前記第6接続部が接続される入力部および前記第1AD変換部に接続される出力部を有する第1選択部と、前記第5接続部および前記第6接続部は接続されず、かつ前記第7接続部、前記第8接続部が接続される入力部および前記第2AD変換部に接続される出力部を有する第2選択部とを前記第2チップが有し、
前記第1信号線から前記第1選択部の前記入力部に前記第1画素から前記画素信号が出力される期間に、前記第2信号線から前記第2選択部の前記入力部に前記第2画素から前記画素信号が出力されることを特徴とする撮像装置。 - 平面視において、前記第1接続部、前記第5接続部は前記第1AD変換部と重なっており、
平面視において、前記第2接続部、前記第7接続部は前記第2AD変換部と重なっていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1信号線と、前記第1接続部とを各々が備える複数の第1組と、
前記第2信号線と、前記第2接続部とを各々が備える複数の第2組とを前記第1チップが有することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記第1選択部と前記第2選択部の各々が、マルチプレックス回路であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 平面視において、前記第1画素と前記第2画素とが前記第1AD変換部と重なることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1AD変換部と、前記第2AD変換部のそれぞれが、逐次比較型のAD変換器であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1AD変換部と、前記第2AD変換部のそれぞれが、ランプ信号と前記画素信号とを比較する比較器を備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1色のカラーフィルタと、前記第2色のカラーフィルタとの透過率のピーク波長が異なることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1画素群と前記第2画素群のそれぞれの画素は、光電変換部と、前記光電変換部の電荷に基づく信号を出力する増幅トランジスタとを有し、
第1チップは、前記複数の第1画素と前記複数の第2画素のそれぞれが接続される第1配線を有し、
第2チップは、電流源と前記電流源に接続される第2配線を有し、
前記電流源は、前記第2配線、前記第1配線を介して前記増幅トランジスタに電流を供給す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。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の撮像装置と、
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。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、を有する移動体であって、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする移動体。 - 画素チップと回路チップとを積層した撮像装置のための回路チップであって、
前記画素チップは、
第1色のカラーフィルタを備える、複数行および複数列に渡って配され、画素信号を出力する複数の第1画素を有する第1画素群と、
前記第1色とは別の色である第2色のカラーフィルタを備える、複数行および複数列に渡って配され、画素信号を出力する複数の第2画素を有する第2画素群と、
前記第1画素群のうち、前記複数列のうちの第1列に配される第1画素が接続された第1信号線と、
前記第2画素群のうち、前記第1列に配される第2画素が接続された第2信号線と、
前記第1画素群のうち、前記第1列に配される別の第1画素が接続された第3信号線と、
前記第2画素群のうち、前記第1列に配される別の第2画素が接続された第4信号線と、
前記第1信号線が接続される第1接続部と、
前記第2信号線が接続される第2接続部と、
前記第3信号線が接続される第3接続部と、
前記第4信号線が接続される第4接続部とを備えた構成であり、
前記回路チップは、
第1AD変換部と、
第2AD変換部と、
前記第1AD変換部にそれぞれ接続される、第5接続部および第6接続部と、
前記第2AD変換部にそれぞれ接続される、第7接続部および第8接続部と、
を有し、
前記第5接続部は前記第1接続部と接続するための接続部であり、
前記第6接続部は前記第3接続部と接続するための接続部であり、
前記第7接続部は前記第2接続部と接続するための接続部であり、
前記第8接続部は前記第4接続部と接続するための接続部であり、
前記第7接続部および前記第8接続部は接続されず、かつ前記第5接続部と前記第6接続部が接続される入力部および前記第1AD変換部に接続される出力部を有する第1選択部と、前記第5接続部および前記第6接続部は接続されず、かつ前記第7接続部、前記第8接続部が接続される入力部および前記第2AD変換部に接続される出力部を有する第2選択部とを前記回路チップが有し、
前記第5接続部から前記第1選択部の前記入力部に前記第1画素から前記画素信号が出力される期間に、前記第7接続部から前記第2選択部の前記入力部に前記第2画素から前記画素信号が出力されることを特徴とする回路チップ。 - さらに第1選択部と第2選択部を備え、
前記第1選択部は、前記第5接続部と前記第6接続部の一方を選択して前記第1AD変換部に接続し、
前記第2選択部は、前記第7接続部と前記第8接続部の一方を選択して前記第2AD変換部に接続することを特徴とする請求項12に記載の回路チップ。 - 前記第1選択部と前記第2選択部の各々が、マルチプレックス回路であることを特徴とする請求項13に記載の回路チップ。
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