JP2010268529A - 固体撮像装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フローティングディフュージョン38や増幅用トランジスタ42で構成される1つの画素信号生成部5に対して複数の画素2a,2bが共有された単位画素群3とする。画素共有の構造において、一方の画素2aの画素信号Saの取得後における他方の画素2bの画素信号Sbの取得時には、初めに読み出した画素2aの信号電荷が失われないように非破壊読出しをすることで、複数の画素2a,2bの信号電荷を合成した画素信号Sabを取得する。後から読み出す他方の画素2bの画素信号Sbは、合成した画素信号Sabと一方の画素2aの画素信号Saとの差分処理で求める。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の一実施形態に係るCMOS固体撮像装置の概略構成図である。この固体撮像装置1は、たとえばカラー画像を撮像し得る電子スチルカメラやFA(Factory Automation)カメラとして適用されるようになっている。
図2は、複数の画素2の組合せでなる単位画素群3の一構成例の回路図である。単位画素群3は、寄生容量を持った拡散層であるフローティングディフュージョン(FD;Floating Diffusion)を電荷蓄積部として利用するFDA構成を採りつつ、4つのトランジスタ(TRansistor)を有する4トランジスタ型画素構成(以下4TR構成という)のものとなっている。
図3は、図2に示した画素2を駆動して画素信号(単位画素群3から出力される単位信号)を取得する第1実施形態の駆動・演算手法を説明するタイミングチャートである。第1実施形態の駆動・演算手法は、一方の信号電荷を読み出し、それに対応した画素信号の取得後に行なわれる他方の信号電荷の取得時には、非破壊読出しをすることで、双方で検知された信号電荷を合成して読み出し、その後に、演算処理により他方の信号電荷に対応した画素信号を得る点に特徴を有する。
図4および図5は、図2に示した画素2を駆動して画素信号を読み出す第2実施形態の駆動・演算手法を説明する図である。ここで、図4は、第1実施形態の駆動・演算手法における問題点を説明する図である。また、図5は、第1実施形態の駆動・演算手法における問題点を解消する第2実施形態の駆動・演算手法を説明する図である。第2実施形態の駆動・演算手法は、第1実施形態の駆動・演算手法を採用しつつ、同じ信号を複数回検出して平均化する点に特徴を有する。
図6および図7は、図2に示した画素2を駆動して画素信号を読み出す第3実施形態の駆動・演算手法を説明する図である。第3実施形態の駆動・演算手法は、第1実施形態の駆動・演算手法を採用しつつ、近傍画素との加算処理を行なう点に特徴を有する。
(=Qc+Nc)の和で求めることができ、そのノイズ成分Nc’が√3倍となる。
図8〜図10は、図2に示した画素2を駆動して画素信号を読み出す第4実施形態の駆動・演算手法を説明する図である。第4実施形態の駆動・演算手法は、第3実施形態の駆動・演算手法を採用するに際して、着目画素についての画素信号に対する重付け(加重)比率が高くなるように重付け加算処理を行なう点に特徴を有する。
図11は、図2に示した画素2を駆動して画素信号を読み出す第5実施形態の駆動・演算手法を説明する図である。第5実施形態の駆動・演算手法は、第4実施形態の駆動・演算手法を採用するに際して、隣接画素間の信号変化量に応じて当該隣接画素の少なくとも一方の画素信号に対して調整を加える、すなわち隣接画素間の信号変化量に応じて重み付けの比重を変える平均化処理を行なう点に特徴を有する。
図12は、図2に示した画素2を駆動して画素信号を読み出す第6実施形態の駆動・演算手法を説明する図である。第6実施形態の駆動・演算手法は、カラーフィルタを有する単板イメージセンサにおいて、第1実施形態の駆動・演算手法を適用する点に特徴を有する。
図13は、第6実施形態における図12(A)もしくは図12(B)に示したカラーコーディングに対応した単位画素群3の一構成例の回路図である。単位画素群3は、寄生容量を持った拡散層であるフローティングディフュージョンを電荷蓄積部として利用するFDA構成を採る4TR構成のものとなっている。
図14は、上述した第1〜第6実施形態で説明した、合成成分Sabと画素信号Saの差分をとる処理や加算平均化処理(単純加算および重付け加算の双方を含む)などの演算処理を行なう機能ブロックの配置位置に着目したシステム構成例を説明する図である。
図15は、本発明に係る半導体装置の一実施形態である固体撮像素子を備えた電子機器の一実施形態であるカメラシステムを示す概略構成図である。この図15で示すカメラシステムは、半導体装置の一実施形態である固体撮像装置902を撮像手段として使用し、固体撮像素子(デバイス)910の後段に周辺回路を接続し、筐体に収容することで、カラー画像を撮像し得るデジタルスチルカメラ901として適用されるようになっている。なお、デジタルスチルカメラ901は、固体撮像装置902を撮像手段として利用した電子機器の一例である。
Claims (28)
- 物理量の変化を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部に対して共有されるように設けられ、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得方法であって、
前記単位信号生成部に対して共有される複数の前記検知部について、一方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得した後、他方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得する際には、前記一方と前記他方の各検知部で検知された物理量の変化の合成成分に応じた前記単位信号を取得するように、前記単位構成要素に対して駆動制御を行なう
ことを特徴とする物理情報取得方法。 - 前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方についての前記単位信号との差分をとる演算処理を行なって前記他方についての前記単位信号を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の物理情報取得方法。 - 前記演算処理として、さらに、着目する前記検知部についての前記単位信号と、前記着目する検知部の周辺に配置されている前記検知部についての前記単位信号との間で平均化を行なう
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。 - 前記着目する検知部についての前記単位信号に対する重付け比率が高くなるように前記平均化を行なう
ことを特徴とする請求項3に記載の物理情報取得方法。 - 前記演算処理として、さらに、前記合成成分に応じた前記単位信号、および前記一方と前記他方についての前記単位信号の差分に基づいて、前記一方および前記他方の少なくとも一方についての前記単位信号を調整する
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。 - 前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方および他方についての単位信号の差分との間で加減算処理を行なうとともに、前記差分が大きいほど前記差分に対する加減算の比率が高くなるように前記単位信号を調整する
ことを特徴とする請求項5に記載の物理情報取得方法。 - 前記一方の検知部についての前記単位信号の取得と、前記合成成分に応じた単位信号の取得とを、それぞれ複数回行なうように、前記単位構成要素に対して駆動制御を行ない、
前記演算処理として、前記それぞれ複数回取得された合成成分に応じた単位信号と前記一方についての単位信号とに基づいて、前記合成成分と前記一方についての単位信号との差分の平均値をとる処理を行なって前記他方についての前記単位信号を取得する
ことを特徴とする請求項2に記載の物理情報取得方法。 - 物理量の変化を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部に対して共有されるように設けられ、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前記単位信号生成部に対して共有される複数の前記検知部について、一方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得した後、前記一方と前記他方の各検知部で検知された物理量の変化の合成成分に応じた前記単位信号を取得するように、前記単位構成要素に対して駆動制御を行なう駆動制御部
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。 - 前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方についての前記単位信号との差分をとる演算処理を行なって前記他方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得する演算処理部
をさらに備えたことを特徴とする請求項8に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、さらに、着目する前記検知部についての前記単位信号と前記着目する検知部の周辺に配置されている前記検知部についての前記単位信号との間で平均化処理を行なう
ことを特徴とする請求項9に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、前記着目する検知部についての前記単位信号に対する重付け比率が高くなるように前記平均化処理を行なう
ことを特徴とする請求項10に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、さらに、前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方および前記他方についての前記単位信号の差分とに基づいて、前記一方および前記他方についての前記単位信号を調整する
ことを特徴とする請求項9に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方および他方についての単位信号の差分との間で加減算処理を行なうとともに、前記差分が大きいほど前記差分に対する加減算の比率が高くなるようにする
ことを特徴とする請求項12に記載の物理情報取得装置。 - 前記駆動制御部は、前記一方の検知部についての前記単位信号の取得と、前記合成成分に応じた単位信号の取得とを、それぞれ複数回行なうように、前記単位構成要素に対して駆動制御を行ない、
前記演算処理部は、前記それぞれ複数回取得された合成成分に応じた単位信号と前記一方についての単位信号とに基づいて、前記合成成分と前記一方についての単位信号との差分の平均値をとる処理を行なって前記他方についての前記単位信号を取得する
ことを特徴とする請求項9に記載の物理情報取得装置。 - 物理量の変化を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部に対して共有されるように設けられ、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前記単位信号生成部に対して共有される複数の前記検知部について、一方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得した後、前記一方と前記他方の各検知部で検知された物理量の変化の合成成分に応じた前記単位信号と前記一方についての前記単位信号との差分をとる演算処理を行なって前記他方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得する演算処理部
を備えたことを特徴とする物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、さらに、着目する前記検知部についての前記単位信号と前記着目する検知部の周辺に配置されている前記検知部についての前記単位信号との間で平均化処理を行なう
ことを特徴とする請求項15に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、前記着目する検知部についての前記単位信号に対する重付け比率が高くなるように前記平均化処理を行なう
ことを特徴とする請求項16に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、さらに、前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方および前記他方についての前記単位信号の差分とに基づいて、前記一方および前記他方についての前記単位信号を調整する
ことを特徴とする請求項16に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方および他方についての単位信号の差分との間で加減算処理を行なうとともに、前記差分が大きいほど前記差分に対する加減算の比率が高くなるようにする
ことを特徴とする請求項18に記載の物理情報取得装置。 - 前記演算処理部は、それぞれ複数回取得された合成成分に応じた単位信号と前記一方についての単位信号とに基づいて、前記合成成分と前記一方についての単位信号との差分の平均値をとる処理を行なって前記他方についての前記単位信号を取得する
ことを特徴とする請求項15に記載の物理情報取得装置。 - 半導体基板と、当該半導体基板上にそれぞれ形成された、物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
前記単位信号生成部が、所定の条件に合致する複数の前記検知部に対して共有されるように構成されており、
共有されている前記複数の検知部について、一方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得した後、前記一方と前記他方の各検知部で検知された物理量の変化の合成成分に応じた前記単位信号を取得するように、前記単位構成要素に対して駆動制御を行なう駆動制御部
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 複数の前記検知部が正方格子状に配列されており、
前記単位信号生成部が、前記正方格子の一方の方向あるいは当該一方の方向に対して直交する他方の方向あるいは前記一方および前記他方の双方に、それぞれ隣接する前記検知部に対して共有されるように構成されている
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体装置。 - 半導体基板上に行方向と列方向とに互いに所定の配列間隔で形成されている前記検知部のうちの、前記列方向に沿って配置されている前記検知部から出力される前記物理量の変化を表わす情報を転送する複数の列方向情報転送部を前記半導体基板上にさらに備え、
互いに隣接する前記検知部の行同士において、一方の行の前記検知部の配列が他方の行の前記検知部の配列に対して行方向の該配列間隔のほぼ1/2だけ相対的にずれて配置され、行方向に隣接する前記検知部間には2列分の前記列方向情報転送部が配置され、斜め方向に隣接する前記検知部間には1列分の前記列方向情報転送部が配置されるように前記列方向情報転送部が前記検知部間を蛇行するように前記半導体基板上に形成されており、
前記単位信号生成部が、前記行方向および当該行方向に対して直交する列方向の双方に、それぞれ隣接する前記検知部に対して共有されるように構成されている
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体装置。 - 前記検知部の検知面には、前記物理量の一例である電磁波を所定の波長成分に分離する波長分離部が設けられており、
共有の対象となる前記検知部は、同一の波長成分用のものである
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体装置。 - 前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方についての前記単位信号との差分をとる演算処理を行なって前記他方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得する演算処理部を前記半導体基板上にさらに備えている
ことを特徴とする請求項21に記載の半導体装置。 - 物理量の変化を検知する複数の検知部と、当該複数の検知部に対して共有されるように設けられ、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得するためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記単位信号生成部に対して共有される複数の前記検知部について、一方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得した後、前記一方と前記他方の各検知部で検知された物理量の変化の合成成分に応じた前記単位信号と前記一方についての前記単位信号との差分をとる演算処理を行なって前記他方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得する演算処理部
として機能させることを特徴とするプログラム。 - 被写体の光学像を取り込む撮像レンズと、
前記撮像レンズにより取り込まれた前記被写体の光学像が結像される複数の検知部および前記検知部で検知した信号電荷に対応する画素信号を取得する画素信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された固体撮像素子と、
前記単位信号生成部に対して共有される複数の前記検知部について、一方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得した後、前記一方と前記他方の各検知部で検知された物理量の変化の合成成分に応じた前記単位信号を取得するように、前記単位構成要素に対して駆動制御を行なう駆動制御部と
を備えていることを特徴とする撮像モジュール。 - 前記合成成分に応じた前記単位信号と前記一方についての前記単位信号との差分をとる演算処理を行なって前記他方の前記検知部で検知された物理量の変化に応じた前記単位信号を取得する演算処理部
をさらに備えていることを特徴とする請求項27に記載の撮像モジュール。
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