JP7388476B2 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の第2の態様によると、撮像素子は、光を透過させるマイクロレンズと、前記マイクロレンズを透過した光を光電変換する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のうち第1の光電変換部で光電変換された第1の電荷が転送される第1のフローティングディフュージョンと、前記複数の光電変換部のうち第2の光電変換部で光電変換された第2の電荷が転送される第2のフローティングディフュージョンと、前記第1のフローティングディフュージョンと接続される第1の増幅部と、前記第2のフローティングディフュージョンと接続される第2の増幅部と、前記第1の増幅部と接続される第1の信号線と、前記第2の増幅部と接続される第2の信号線と、前記第1の増幅部と前記第1の信号線との間と、前記第2の増幅部と前記第2の信号線との間とを接続可能に制御される第1の接続スイッチと、前記第1のフローティングディフュージョンと前記第2のフローティングディフュージョンとが接続可能に制御される第2の接続スイッチと、を備え、前記第1の電荷及び前記第2の電荷が前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積され、前記第1のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチ及び前記第2の接続スイッチが接続状態にされる。
また、本発明の第3の態様によると、撮像装置は、第1の態様に記載の撮像素子と、前記撮像素子に被写体からの光を結像させる撮像光学系と、前記撮像素子と前記撮像光学系とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1の接続スイッチが切断状態のときに、前記撮像素子から出力される信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出部を有する。
また、本発明の第4の態様によると、撮像装置は、第1の態様に記載の撮像素子を備える。
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電子カメラ1(以下、カメラ1と称する)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。
図8を参照して、第2の実施の形態に係る撮像素子を説明する。図8は、第2の実施の形態に係る撮像素子3の画素10の構成を示す回路図である。第1の実施の形態では、図2等に示したように、画素10には加算スイッチ部17が配置されている。第2の実施の形態では、図8に示すように、画素10は加算スイッチ部17を有しない構成となる。その他の構成は、第1の実施の形態と同一である。
図9を参照して、第3の実施の形態に係る撮像素子を説明する。図9は、第3の実施の形態に係る撮像素子3の画素の構成例を示す概念図である。第1の実施の形態では、画素10毎に複数の光電変換部が配置される例について説明した。第3の実施の形態では、図9に示すように、画素10は一つの光電変換部を有する構成となる。その他の構成は、第1の実施の形態と同一である。
上述した第3の実施の形態では、画素10に加算スイッチ部17が設けられる例について説明した。しかし、図13に示すように、画素の構成を、加算スイッチ部17を有しない構成としてもよい。この場合、第1の制御モードでは、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオフとなり、第3の実施の形態の場合と同様の動作となる。また、第2の制御モードにおいては、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオンとなり、各画素10の各々の増幅部15が互いに電気的に接続される。これにより、各画素10の増幅部15の信号の加算平均化された加算画素信号が垂直信号線VLに出力される。このように、変形例1では、複数の画素10の各々の増幅部15を結合スイッチ部18を介して互いに接続することによって、複数の光電変換部からの信号を加算して垂直信号線に出力することができる。なお、結合スイッチ部18は、画素10毎に配置されなくてもよい。結合スイッチ部18を、複数の画素毎に配置して、複数の画素で共有する構成としてもよい。また、加算スイッチ部17を、複数の画素毎に配置して、複数の画素で共有する構成としてもよい。
上述した第1の実施の形態では、1画素に2つの光電変換部を配置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。画素の構成を、1画素あたり3つ以上の光電変換部を有する構成にしてもよい。この場合には、例えば、第1の制御モードでは複数の光電変換部からの信号を個別に読み出し、第2の制御モードでは複数の光電変換部のうち2つ以上の光電変換部からの信号を加算して読み出すようにしてもよい。
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。
日本国特許出願2017年第16283号(2017年1月31日出願)
Claims (20)
- 光を透過させるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズを透過した光を光電変換する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち第1の光電変換部で光電変換された第1の電荷が転送される第1のフローティングディフュージョンと、
前記複数の光電変換部のうち第2の光電変換部で光電変換された第2の電荷が転送される第2のフローティングディフュージョンと、
前記第1のフローティングディフュージョンと接続される第1の増幅部と、
前記第2のフローティングディフュージョンと接続される第2の増幅部と、
前記第1の増幅部と接続される第1の信号線と、
前記第2の増幅部と接続される第2の信号線と、
前記第1の増幅部と前記第1の信号線との間と、前記第2の増幅部と前記第2の信号線との間とを接続可能に制御される第1の接続スイッチと、
前記第1の信号線を介して前記第1の増幅部に接続される第1の電流源と、
前記第2の信号線を介して前記第2の増幅部に接続される第2の電流源と、を備え、
前記第1の接続スイッチは、前記第2の電流源において電流の生成が停止されるとき、前記第1の電流源と前記第2の増幅部とを接続状態にする、
撮像素子。 - 請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1の電流源が前記第1の増幅部に電流を供給し、前記第2の電流源が前記第2の増幅部に電流を供給するとき、前記第1の接続スイッチは切断状態にされる、撮像素子。 - 請求項1または2に記載の撮像素子において、
前記第1の接続スイッチが接続状態にされるとき、前記第1の電流源が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部に電流を供給することにより、前記第2の増幅部が飽和領域で動作する、撮像素子。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電流源が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部に電流を供給するとき、前記第1の接続スイッチは接続状態にされる、撮像素子。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチが接続状態にされ、前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチが切断状態にされ、前記第1の電流源から前記第1の増幅部に電流が供給され、前記第2の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1のフローティングディフュージョンと前記第2のフローティングディフュージョンとが接続可能に制御される第2の接続スイッチを備える、撮像素子。 - 請求項7に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷及び前記第2の電荷が前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積され、前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第2の接続スイッチ及び前記第1の接続スイッチが接続状態にされ、前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。 - 請求項7または8に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチ及び前記第2の接続スイッチが切断状態にされ、前記第1の電流源から前記第1の増幅部に電流が供給され、前記第2の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の増幅部と前記第1の信号線とに接続される第1の選択部と、
前記第2の増幅部と前記第2の信号線とに接続される第2の選択部とを備え、
前記第1の増幅部は前記第1の選択部を介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2の増幅部は前記第2の選択部を介して前記第2の信号線に接続される撮像素子。 - 請求項10に記載の撮像素子において、
前記第1の接続スイッチは、前記第1の増幅部と前記第1の選択部の間の領域と、前記第2の増幅部と前記第2の選択部の間の領域とを接続可能である撮像素子。 - 請求項10または11に記載の撮像素子において、
前記第1の選択部が前記第1の増幅部と前記第1の信号線とを接続状態にし、前記第2の選択部が前記第2の増幅部と前記第2の信号線とを切断状態にするとき、前記第1の接続スイッチは接続状態にされ、前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される撮像素子。 - 請求項10から12のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の選択部が前記第1の増幅部と前記第1の信号線とを接続状態にし、前記第2の選択部が前記第2の増幅部と前記第2の信号線とを接続状態にするとき、前記第1の接続スイッチは切断状態にされ、前記第1の電流源から前記第1の増幅部に電流が供給され、前記第2の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される撮像素子。 - 光を透過させるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズを透過した光を光電変換する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち第1の光電変換部で光電変換された第1の電荷が転送される第1のフローティングディフュージョンと、
前記複数の光電変換部のうち第2の光電変換部で光電変換された第2の電荷が転送される第2のフローティングディフュージョンと、
前記第1のフローティングディフュージョンと接続される第1の増幅部と、
前記第2のフローティングディフュージョンと接続される第2の増幅部と、
前記第1の増幅部と接続される第1の信号線と、
前記第2の増幅部と接続される第2の信号線と、
前記第1の増幅部と前記第1の信号線との間と、前記第2の増幅部と前記第2の信号線との間とを接続可能に制御される第1の接続スイッチと、
前記第1のフローティングディフュージョンと前記第2のフローティングディフュージョンとが接続可能に制御される第2の接続スイッチと、
を備え、
前記第1の電荷及び前記第2の電荷が前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積され、前記第1のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチ及び前記第2の接続スイッチが接続状態にされる、撮像素子。 - 請求項14に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチ及び前記第2の接続スイッチが切断状態にされる、撮像素子。 - 請求項1から15のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の光電変換部と接続される第1の転送部と、
前記第2の光電変換部と接続される第2の転送部とを備え、
前記第1の光電変換部は前記第1の転送部を介して前記第1のフローティングディフュージョンと接続され、前記第2の光電変換部は前記第2の転送部を介して前記第2のフローティングディフュージョンと接続される撮像素子。 - 請求項1から16のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1のフローティングディフュージョンに接続される第1のリセット部と、
前記第2のフローティングディフュージョンに接続される第2のリセット部とを備え、
前記第1のフローティングディフュージョンは前記第1のリセット部を介して前記第1の増幅部に接続され、
前記第2のフローティングディフュージョンは前記第2のリセット部を介して前記第2の増幅部に接続される撮像素子。 - 請求項1から17のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に被写体からの光を結像させる撮像光学系と、
前記撮像素子と前記撮像光学系とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1の接続スイッチが切断状態のときに、前記撮像素子から出力される信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出部を有する撮像装置。 - 請求項18に記載の撮像装置において、
前記撮像光学系は、焦点調節レンズと前記焦点調節レンズの位置を変更する駆動部とを有し、
前記焦点検出部は、前記第1の接続スイッチが切断状態であり、前記第1の電荷に基づく第1の信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく第2の信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の信号と前記第2の信号とに基づいて、前記焦点調節レンズの駆動量を決定し、
前記制御部は、前記駆動量に基づいて前記駆動部を駆動する撮像装置。 - 請求項1から17のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。
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