JP4582198B2 - 固体撮像装置、撮像装置、固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る固体撮像装置の一実施形態であるCMOS型の固体撮像装置(CMOSイメージセンサ)の基本構成図である。
図2〜図2Bは、一般的なX−Yアドレス型の撮像装置における露光制御(電子シャッタ)機能を説明する図である。図2に示すように、垂直走査部414の垂直アドレス設定部414xは、通常の読出対象の行アドレスφTGを指定する機能の他に、シャッタ対象の単位画素403(シャッタ画素)の行アドレスすなわちシャッタ画素位置を指定するアドレス情報(具体的には駆動パルスとしての転送ゲートパルスTGs)を生成する機能も持っている。
図3は、比較例の画素アレイ部10Zを説明する図である。図4は、第1実施形態の画素アレイ部10Aを説明する図である。
図5〜図5Eは、第1実施形態におけるインタレース走査を説明する図である。ここで図5は、インタレース走査における電荷生成部32と画素トランジスタの組合せ(単位画素群2の形成のされ方)を説明する図である。図5Aは、インタレース走査時における奇数フィールドの読出し時の信号の流れを説明する図である。図5Bは、インタレース走査時における奇数フィールドの読出しイメージ図である。図5Cは、インタレース走査時における偶数フィールドの読出し時の信号の流れを説明する図である。図5Dは、インタレース走査時における偶数フィールドの読出しイメージ図である。図5Eは、インタレース走査により、ライン露光に伴う時間シェーディング歪みが緩和される効果を説明する図である。
従来技術 :S=1倍、N=1倍 ⇒ S/N=1
(従来技術のS、Nを1倍とする)
図6は、第1実施形態において、プログレッシブ走査における電荷生成部32と画素トランジスタの組合せを説明する図である。図6Aは、第1実施形態において、プログレッシブ走査の読出し時の信号の流れの第1例を説明する図である。図6Bは、第1実施形態において、プログレッシブ走査の読出し時の信号の流れの第2例を説明する図である。
図7は、第2実施形態の画素アレイ部10Bを説明する図である。第2実施形態は、単位画素3を、4TR構成から3TR構成に変形したものである。3TR構成では、4TR構成に対して、垂直選択用トランジスタ40を取り外した構成である。その他の点は、第1実施形態と同様であり、1つの電荷生成部32に対してN個の読出選択用トランジスタ(図では34U,34Dの2個)を有し、アクティブになる読出選択用トランジスタ34U,34Dをプログレッシブ走査とインタレース走査のそれぞれに合わせて行を選択可能になっている。
図8は、第3実施形態の画素アレイ部10Cを説明する図である。第3実施形態は、水平方向の複数列分も共有対象とする対応を採ったものである。垂直方向に画素加算を行なわない通常の画素構造に対しては、インタレース走査時に垂直方向に2画素加算を行なうようにするが、それが複数列分存在するので、2行×M列の加算モードへの対応となる。以下では、説明を簡単にするため、M=2の場合で説明する。
図9〜図9Dは、第3実施形態におけるインタレース走査やプログレッシブ走査を説明する図である。ここで、図9は、インタレース走査やプログレッシブ走査における電荷生成部32と画素トランジスタの組合せを説明する図である。図9Aは、インタレース走査時における奇数フィールドの読出し時の信号の流れを説明する図である。図9Bは、インタレース走査時における奇数フィールドの読出しイメージ図である。図9Cは、インタレース走査時における偶数フィールドの読出し時の信号の流れを説明する図である。図9Dは、インタレース走査時における偶数フィールドの読出しイメージ図である。
図10は、第4実施形態の画素アレイ部10Dを説明する図である。第4実施形態は、第1実施形態の画素配列構造を、斜め45度に傾けた構成である。紙面を斜め45度傾けて考えればよく、インタレース走査およびプログレッシブ走査の何れについても、第1実施形態と同様の手法が適用され、同様の効果を享受できる。
図11は、第5実施形態の画素アレイ部10Eを説明する図である。第5実施形態の単位画素群2は、各電荷生成部32に対して、3個の読出選択用トランジスタ34U,34M,34Dを有する。同一の電荷生成部32の各読出選択用トランジスタ34U,34M,34Dは、それぞれ異なる行の画素信号生成部5に接続されている。
図12は、第5実施形態において、インタレース走査やプログレッシブ走査における電荷生成部32と画素トランジスタの組合せを説明する図である。図12Aは、第5実施形態において、インタレース走査時における第1フィールド(走査線が3n行目の組合せ)の読出し時の信号の流れを説明する図である。図12Bは、第5実施形態において、インタレース走査時における第2フィールド(走査線が“3n+1”行目の組合せ)の読出し時の信号の流れを説明する図である。図12Cは、第5実施形態において、インタレース走査時における第3フィールド(走査線が“3n+2”行目の組合せ)の読出し時の信号の流れを説明する図である。
図13は、第6実施形態の画素アレイ部10Fを説明する図である。第6実施形態の単位画素群2は、垂直方向に2画素加算を行なう図3に示した比較例の2画素共有構造に対して、インタレース走査対応を採ったものである。垂直方向に画素加算を行なわない通常の画素構造に対しては、インタレース走査時に垂直方向に2画素加算を行なうようにする。その考え方を発展させて、垂直方向に2画素加算を行なう画素共有構造に対しては、インタレース走査時に垂直方向に4画素加算を行なうようにする。
図14は、第6実施形態において、インタレース走査やプログレッシブ走査における電荷生成部32と画素トランジスタの組合せを説明する図である。図14Aは、第6実施形態において、インタレース走査時における奇数フィールドの読出し時の信号の流れを説明する図である。図14Bは、第6実施形態において、インタレース走査時における偶数フィールドの読出し時の信号の流れを説明する図である。
図15は、第7実施形態を説明する図である。第7実施形態は、前述の固体撮像装置1の各実施形態に採用していたインタレース走査とプログレッシブ走査の仕組みを、物理情報取得装置の一例である撮像装置に適用したものである。図15は、その撮像装置8の概略構成図である。
Claims (6)
- 信号電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部を具備し前記電荷生成部で生成された信号電荷に対応する処理対象信号を生成して出力する信号出力部を有する単位画素が、2次元マトリクス状に配列されている画素アレイ部を備え、
前記電荷生成部のそれぞれに対して複数の前記電荷転送部が設けられており、
前記複数の電荷転送部は、前記電荷生成部と反対側がそれぞれ異なる行の前記信号出力部に接続されており、
前記複数の前記電荷転送部や前記信号出力部の動作を制御する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、1画面について、前記信号出力部の行数が1/Nで前記信号出力部の行位置がそれぞれ異なる各フィールド画像でN回に分けて処理対象信号を読み出すインタレース走査を行なうとともに、各フィールドでは行位置が異なるN個の前記電荷生成部で生成された信号電荷を同一行の前記信号出力部に転送しN個分の信号電荷が合成された処理対象信号を生成して出力し、かつフィールド間では前記N個の電荷転送部の行位置の組み合わせが異なるように、前記電荷転送部や前記信号出力部を制御し、さらに信号電荷の読出し時や電子シャッタ時において、信号電荷を転送しない側の前記電荷転送部のインアクティブレベルが通常レベルより深くなるように制御する
固体撮像装置。 - 信号電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部を具備し前記電荷生成部で生成された信号電荷に対応する処理対象信号を生成して出力する信号出力部を有する単位画素が、2次元マトリクス状に配列されている画素アレイ部を備え、
前記電荷生成部のそれぞれに対して複数の前記電荷転送部が設けられており、
各行の前記信号出力部は、何れか1つの行の電荷生成部からの信号電荷の転送を受ける動作と、当該信号出力部が属する自行および自行以外の各電荷生成部からの信号電荷の転送を受ける動作とが切替え可能に構成されており、
前記複数の前記電荷転送部や前記信号出力部の動作を制御する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、1画面について、前記信号出力部の行数が1/Nで前記信号出力部の行位置がそれぞれ異なる各フィールド画像でN回に分けて処理対象信号を読み出すインタレース走査を行なうとともに、各フィールドでは行位置が異なるN個の前記電荷生成部で生成された信号電荷を同一行の前記信号出力部に転送しN個分の信号電荷が合成された処理対象信号を生成して出力し、かつフィールド間では前記N個の電荷転送部の行位置の組み合わせが異なるように、前記電荷転送部や前記信号出力部を制御し、さらに信号電荷の読出し時や電子シャッタ時において、信号電荷を転送しない側の前記電荷転送部のインアクティブレベルが通常レベルより深くなるように制御する
固体撮像装置。 - 信号電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部を具備し前記電荷生成部で生成された信号電荷に対応する処理対象信号を生成して出力する信号出力部を有する単位画素が、2次元マトリクス状に配列されている画素アレイ部と、
前記電荷転送部や前記信号出力部の動作を制御する駆動制御部と、
前記駆動制御部を制御する主制御部と、
を備え、
前記画素アレイ部は、前記電荷生成部のそれぞれに対して複数の前記電荷転送部が設けられており、同一の前記電荷生成部に設けられている前記複数の電荷転送部は、前記電荷生成部と反対側がそれぞれ異なる行の前記信号出力部に接続されており、
前記駆動制御部は、1画面について、前記信号出力部の行数が1/Nで前記信号出力部の行位置がそれぞれ異なる各フィールド画像でN回に分けて処理対象信号を読み出すインタレース走査を行なうとともに、各フィールドでは行位置が異なるN個の前記電荷生成部で生成された信号電荷を同一行の前記信号出力部に転送しN個分の信号電荷が合成された処理対象信号を生成して出力し、かつフィールド間では前記N個の電荷転送部の行位置の組み合わせが異なるように、前記電荷転送部や前記信号出力部を制御し、さらに信号電荷の読出し時や電子シャッタ時において、信号電荷を転送しない側の前記電荷転送部のインアクティブレベルが通常レベルより深くなるように制御する
撮像装置。 - 信号電荷を生成する電荷生成部および前記電荷生成部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部を具備し前記電荷生成部で生成された信号電荷に対応する処理対象信号を生成して出力する信号出力部を有する単位画素が、2次元マトリクス状に配列されている画素アレイ部と、
前記電荷転送部や前記信号出力部の動作を制御する駆動制御部と、
前記駆動制御部を制御する主制御部と、
を備え、
前記画素アレイ部は、前記電荷生成部のそれぞれに対して複数の前記電荷転送部が設けられており、各行の前記信号出力部は、何れか1つの行の電荷生成部からの信号電荷の転送を受ける動作と、当該信号出力部が属する自行および自行以外の各電荷生成部からの信号電荷の転送を受ける動作とが切替え可能に構成されており、
前記駆動制御部は、1画面について、前記信号出力部の行数が1/Nで前記信号出力部の行位置がそれぞれ異なる各フィールド画像でN回に分けて処理対象信号を読み出すインタレース走査を行なうとともに、各フィールドでは行位置が異なるN個の前記電荷生成部で生成された信号電荷を同一行の前記信号出力部に転送しN個分の信号電荷が合成された処理対象信号を生成して出力し、かつフィールド間では前記N個の電荷転送部の行位置の組み合わせが異なるように、前記電荷転送部や前記信号出力部を制御し、さらに信号電荷の読出し時や電子シャッタ時において、信号電荷を転送しない側の前記電荷転送部のインアクティブレベルが通常レベルより深くなるように制御する
撮像装置。 - 電荷生成部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部が前記電荷生成部のそれぞれに対して複数設けられ、前記電荷生成部で生成された信号電荷に対応する処理対象信号を生成して出力する信号出力部を有する単位画素が2次元マトリクス状に配列されている画素アレイ部を備え、前記複数の電荷転送部は、前記電荷生成部と反対側がそれぞれ異なる行の前記信号出力部に接続されている固体撮像装置を使用して画像を取得する際には、
1画面について、前記信号出力部の行数が1/Nで前記信号出力部の行位置がそれぞれ異なる各フィールド画像でN回に分けて処理対象信号を読み出すインタレース走査を行なうとともに、各フィールドでは行位置が異なるN個の前記電荷転送部で生成された信号電荷を同一行の前記信号出力部に転送しN個分の信号電荷が合成された処理対象信号を生成して出力し、かつフィールド間では前記N個の電荷転送部の行位置の組み合わせが異なるように、前記電荷転送部や前記信号出力部を制御し、
さらに信号電荷の読出し時や電子シャッタ時において、信号電荷を転送しない側の前記電荷転送部のインアクティブレベルが通常レベルより深くなるように制御する
固体撮像装置の駆動方法。 - 電荷生成部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部が前記電荷生成部のそれぞれに対して複数設けられ、前記電荷生成部で生成された信号電荷に対応する処理対象信号を生成して出力する信号出力部を有する単位画素が2次元マトリクス状に配列されている画素アレイ部を備え、各行の前記信号出力部は、何れか1つの行の電荷生成部からの信号電荷の転送を受ける動作と、当該信号出力部が属する自行および自行以外の各電荷生成部からの信号電荷の転送を受ける動作とが切替え可能に構成されている固体撮像装置を使用して画像を取得する際には、
1画面について、前記信号出力部の行数が1/Nで前記信号出力部の行位置がそれぞれ異なる各フィールド画像でN回に分けて処理対象信号を読み出すインタレース走査を行なうとともに、各フィールドでは行位置が異なるN個の前記電荷転送部で生成された信号電荷を同一行の前記信号出力部に転送しN個分の信号電荷が合成された処理対象信号を生成して出力し、かつフィールド間では前記N個の電荷転送部の行位置の組み合わせが異なるように、前記電荷転送部や前記信号出力部を制御し、
さらに信号電荷の読出し時や電子シャッタ時において、信号電荷を転送しない側の前記電荷転送部のインアクティブレベルが通常レベルより深くなるように制御する
固体撮像装置の駆動方法。
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