JP7176559B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
発明の第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様による撮像素子と、前記第1画素の信号と前記第2画素の信号とに基づいて焦点検出を行う検出部と、前記第3画素の信号と前記第4画素の信号とに基づいて画像データを生成する生成部と、を備える。
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図1では、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例であるカメラ1の構成例を示す。カメラ1は、撮像光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮像光学系2は、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)を含む複数のレンズ及び開口絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮像光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
垂直制御部30は、制御部4によりAF画素行(図2の第1のAF画素行403a、第2のAF画素行403b)の各画素の信号の読み出しが指示された場合、AF画素行を2行ずつ選択して画素信号を読み出す処理(第2の読み出し制御)を行う。
また、垂直制御部30は、AF画素行から信号の読み出しを行う場合、AF画素行を1行ずつ選択して画素信号を読み出す処理(第3の読み出し制御)も行うことができる。
また、信号RST<1>がハイレベルになることで、第3行目のG画素10g(3,2)及び第4行目のB画素10b(4,2)で共有されるリセット部16のトランジスタM4がオンになる。これにより、G画素10g(3,2)及びB画素10b(4,2)で共有されるFD15の容量Cの電荷がリセットされ、FD15の電位がリセット電位になる。
また、信号SELA<1>がハイレベルになることで、G画素10g(3,2)のリセット信号が、G画素10g(3,2)の増幅部17及び第1の選択部18により第1の垂直信号線VoutAに出力される。
また、信号RST<2>がハイレベルになることで、第5行目のG画素10g(5,2)及び第6行目のB画素10b(6,2)で共有されるリセット部16のトランジスタM4がオンになる。これにより、G画素10g(5,2)及びB画素10b(6,2)で共有されるFD15の容量Cの電荷がリセットされる。
また、時刻t2では、信号SELA<3>がハイレベルであるため、第1のAF画素13a(8,2)の画素信号が、増幅部17及び第1の選択部18によって第1の垂直信号線VoutAに出力される。また、信号SELB<4>がハイレベルであるため、第2のAF画素13b(16,2)の画素信号が、増幅部17及び第2の選択部19により第2の垂直信号線VoutBに出力される。
(1)撮像素子3は、光を光電変換して電荷を生成する第1光電変換部(光電変換部11)と、第1光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部43とをそれぞれ有し、第1光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する、第1方向に設けられる第1画素(AF画素13)と第2画素(AF画素13)と、光を光電変換して電荷を生成する第2光電変換部をそれぞれ有し、第2光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する、第1方向に設けられる第3画素(撮像画素10)と第4画素(撮像画素10)と、第1画素、第2画素、第3画素、第4画素のいずれかの信号が出力され、第1方向に設けられる第1信号線(第1の垂直信号線VoutA)と第2信号線(第2の垂直信号線VoutB)と、第1画素の信号を第1信号線へ出力させ、第2画素の信号を第2信号線へ出力させる第1制御(第2の読み出し制御)と、第3画素の信号と第4画素の信号とを第1信号線または第2信号線へ出力させる第2制御(第1の読み出し制御)を行う制御部(垂直制御部30)と、を備える。本実施の形態では、垂直制御部30は、第1制御(第2の読み出し制御)と、第2制御(第1の読み出し制御)とを行う。垂直制御部30は、第2制御を行うことによって撮像画素の信号の精度を向上させることができ、第1制御を行うことによってAF画素の信号の読み出し速度を向上させることができる。
図9は、変形例1に係る撮像素子の一部の構成を示す図であり、図10は、変形例1に係る撮像素子の第1の読み出し制御の一例を示すタイミングチャートである。なお、図9に示す例では、説明を簡略化するために、行方向1画素×列方向4画素のみ図示している。図9では、図2に示す複数の画素のうち、第1行第2列のG画素10g(1,2)と、第2行第2列のB画素10b(2,2)と、第3行第2列のG画素10g(3,2)と、第4行第2列のB画素10b(4,2)とを図示している。以下、図9及び図10を用いて、変形例1に係る撮像素子の第1の読み出し制御について説明する。
また、信号RST<1>がハイレベルになることで、G画素10g(3,2)及びB画素10b(4,2)で共有されるFD15の容量Cの電荷がリセットされる。
また、信号SELB<1>がハイレベルになることで、B画素10b(4,2)のリセット信号が、B画素10b(4,2)の増幅部17及び第2の選択部19により第2の垂直信号線VoutBに出力される。
また、時刻t2では、信号SELA<0>がハイレベルであるため、G画素10g(1,2)の画素信号が、第1の垂直信号線VoutAに出力される。また、信号SELB<1>がハイレベルであるため、B画素10b(4,2)の画素信号が、第2の垂直信号線VoutBに出力される。
また、信号RST<1>がハイレベルになることで、G画素10g(3,2)及びB画素10b(4,2)で共有されるFD15の容量Cの電荷がリセットされる。
上述した第1の実施の形態では、隣り合う2つの画素がFD15等を共有する構成とする例について説明したが、画素の構成はこれに限らない。例えば、撮像素子3に設けられる複数の画素の各々が、FD15、リセット部16、増幅部17、第1の選択部18、及び第2の選択部19を有する構成としてもよい。また、3つの画素、又はそれ以上の画素で、FD15等を共有する構成としても良い。例えば、4つの画素でFD15等を共有する構成としても良い。
上述した実施の形態では、垂直信号線は、第1の垂直信号線VoutAと第2の垂直信号線VoutBとを配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、垂直信号線は3本以上配置してもよい。垂直信号線が増えれば、AF画素13の画素信号をさらに高速で読み出すことができる。
上述した実施の形態では、AF画素13には、Gのカラーフィルタ41を配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、AF画素13には、カラーフィルタ41として、W(白)のカラーフィルタを配置してもよいし、Bのカラーフィルタを配置してもよい。
上述した実施の形態では、撮像素子3に、原色系(RGB)のカラーフィルタを用いる場合について説明したが、補色系(CMY)のカラーフィルタを用いるようにしてもよい。
上述した実施の形態および変形例では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜を用いるようにしてもよい。
上述の実施の形態および変形例で説明した撮像素子3は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
上述した実施の形態および変形例で説明した撮像素子を、複数の基板(例えば、複数の半導体基板)を積層して構成される積層センサ(積層型の撮像素子)に適用してもよい。例えば、画素部100は1層目の基板に配置し、垂直制御部30と読み出し部40とは2層目の基板に配置し、垂直信号線Voutは、1層目の基板と2層目の基板との間に配置する。画素部100と垂直制御部30とは1層目の基板に配置し、読み出し部40は2層目の基板に配置してもよい。また、積層センサは3層以上にしてもよい。
日本国特許出願2018年第67700号(2018年3月30日出願)
Claims (20)
- 光を光電変換して電荷を生成する第1光電変換部と、前記第1光電変換部に入射する光の一部を遮光する遮光部とをそれぞれ有し、前記第1光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する、第1方向に設けられる第1画素と第2画素と、
光を光電変換して電荷を生成する第2光電変換部をそれぞれ有し、前記第2光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する、前記第1方向に設けられる第3画素と第4画素と、
前記第1画素と、前記第2画素と、前記第3画素と、前記第4画素とにそれぞれ電気的に接続可能であり、前記第1方向に設けられる第1信号線と第2信号線と、
前記第1画素の信号を前記第1信号線へ出力させ、前記第2画素の信号を前記第2信号線へ出力させる第1制御と、前記第3画素の信号と前記第4画素の信号とを前記第1信号線へ出力させる第2制御を行う制御部と、
を備える撮像素子。 - 請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1画素と前記第2画素とは、焦点検出に用いる信号をそれぞれ出力し、
前記第3画素と前記第4画素とは、画像生成に用いる信号をそれぞれ出力する撮像素子。 - 請求項1または請求項2に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1画素の信号を前記第1信号線へ出力させる間に、前記第2画素の信号を前記第2信号線へ出力させる撮像素子。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1画素の信号を前記第1信号線へ出力させると同時に、前記第2画素の信号を前記第2信号線へ出力させる撮像素子。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第2制御において、前記第3画素の信号を出力させた後に、前記第4画素の信号を前記第1信号線または前記第2信号線へ出力させる撮像素子。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御と前記第2制御とを異なるタイミングで行う撮像素子。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御を前記第2制御の前に行う撮像素子。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御において、前記第1画素の信号を前記第1方向へ出力させ、前記第2画素の信号を前記第1方向と異なる第2方向へ出力させる撮像素子。 - 請求項8に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第2制御において、前記第3画素の信号と前記第4画素の信号とを前記第1方向へ出力させる撮像素子。 - 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1画素の信号と前記第2画素の信号とを前記第1信号線または前記第2信号線へ出力させる第3制御を行う撮像素子。 - 請求項10に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第3制御において、前記第1画素の信号と前記第2画素の信号とを、前記第1信号線または前記第2信号線へ順次出力させる撮像素子。 - 請求項10または請求項11に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第1制御と前記第3制御とを切り替え可能な撮像素子。 - 請求項1から請求項12までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1画素、前記第2画素、前記第3画素、前記第4画素は第1分光特性を有する第1フィルタをそれぞれ有し、前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とは前記第1フィルタを透過した光を光電変換する撮像素子。 - 請求項13に記載の撮像素子において、
前記第1分光特性と異なる第2分光特性を有する第2フィルタと、前記第2フィルタを透過した光を光電変換して電荷を生成する第3光電変換部とを有し、前記第3光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する第5画素を有し、
前記制御部は、前記第2制御において、前記第3画素の信号を前記第1信号線へ出力させ、前記第5画素の信号を前記第2信号線へ出力させる、または前記第3画素の信号を前記第2信号線へ出力させ、前記第5画素の信号を前記第1信号線へ出力させる撮像素子。 - 請求項14に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第2制御において、前記第3画素の信号を前記第1信号線へ出力させる間に、前記第5画素の信号を前記第2信号線へ出力させる、または前記第3画素の信号を前記第2信号線へ出力させる間に、前記第5画素の信号を前記第1信号線へ出力させる撮像素子。 - 請求項14または請求項15に記載の撮像素子において、
前記制御部は、前記第2制御において、前記第3画素の信号を前記第1信号線へ出力させると同時に、前記第5画素の信号を前記第2信号線へ出力させる、または前記第3画素の信号を前記第2信号線へ出力させると同時に、前記第5画素の信号を前記第1信号線へ出力させる撮像素子。 - 請求項1から請求項16までのいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1信号線に接続され、前記第1信号線に出力された信号を読み出す第1読出部と、
前記第2信号線に接続され、前記第2信号線に出力された信号を読み出す第2読出部と、
を備える撮像素子。 - 請求項17に記載の撮像素子において、
前記第1読出部は、前記第1方向において、前記第2画素よりも前記第1画素側に設けられ、
前記第2読出部は、前記第1方向において、前記第1画素よりも前記第2画素側に設けられる撮像素子。 - 請求項17または請求項18に記載の撮像素子において、
前記第1読出部および前記第2読出部は、アナログ信号からデジタル信号に変換する変換部である撮像素子。 - 請求項1から請求項19までのいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記第1画素の信号と前記第2画素の信号とに基づいて焦点検出を行う検出部と、
前記第3画素の信号と前記第4画素の信号とに基づいて画像データを生成する生成部と、
を備える撮像装置。
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