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再表2016-147903固体撮像装置および駆動方法、並びに電子機器
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2016年9月22日
【発行日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】固体撮像装置および駆動方法、並びに電子機器
(51)【国際特許分類】
   H04N 5/374 20110101AFI20171201BHJP
   H04N 5/355 20110101ALI20171201BHJP
   H04N 9/07 20060101ALI20171201BHJP
【FI】
   H04N5/374
   H04N5/355 630
   H04N5/355 090
   H04N9/07 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】28
【出願番号】特願2017-506450(P2017-506450)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2016年3月4日
(31)【優先権主張番号】特願2015-54324(P2015-54324)
(32)【優先日】2015年3月18日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121131
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082131
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 義雄
(72)【発明者】
【氏名】坂野 頼人
(72)【発明者】
【氏名】宇井 博貴
【テーマコード(参考)】
5C024
5C065
【Fターム(参考)】
5C024CX05
5C024CX44
5C024CX46
5C024EX52
5C024GX03
5C024GY31
5C065AA01
5C065BB48
5C065CC01
5C065DD17
5C065EE05
5C065EE06
(57)【要約】
本技術は、より簡単に高品質な画像を得ることができるようにする固体撮像装置および駆動方法、並びに電子機器に関する。
固体撮像装置は、入射した光を光電変換する複数の画素が設けられた画素アレイ領域を有している。画素アレイ領域には、互いに出力特性が異なる第1の画素群と第2の画素群とが設けられ、第2の画素群は、第1の画素群に対して水平方向および垂直方向に半画素だけずれた位置に配置されている。このようにして第1の画素群と第2の画素群とを配置することで、撮影により得られる画像の解像度劣化を最小限に抑え、より簡単に高品質な画像を得ることができる。本技術は、固体撮像装置に適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、
前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群と
を備える固体撮像装置。
【請求項2】
前記第1の画素と前記第2の画素とは、入射した光の量に対する出力の特性が異なる
請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項3】
前記第1の画素は、前記特性としてリニア特性を有する画素である
請求項2に記載の固体撮像装置。
【請求項4】
前記第2の画素は、前記特性としてログ特性を有する画素である
請求項2に記載の固体撮像装置。
【請求項5】
前記第1の画素は、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素であり、前記第2の画素は太陽電池モードの対数センサを構成する画素である
請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項6】
前記行方向に並ぶ前記第1の画素からなる画素行と、その前記画素行に対して前記列方向に隣接する、前記行方向に並ぶ前記第2の画素からなる画素行とが、同時に選択および駆動される
請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項7】
前記列方向に並ぶ前記第1の画素のみが接続された、前記第1の画素から信号を読み出すための第1の垂直信号線と、
前記列方向に並ぶ前記第2の画素のみが接続された、前記第2の画素から信号を読み出すための第2の垂直信号線と
をさらに備える請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項8】
前記固体撮像装置は、カラー画像を撮影する固体撮像装置である
請求項1に記載の固体撮像装置。
【請求項9】
行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、
前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群と
を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の画素から信号を読み出し、
前記第2の画素から信号を読み出す
ステップを含む駆動方法。
【請求項10】
行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、
前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群と
を有する固体撮像装置を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は固体撮像装置および駆動方法、並びに電子機器に関し、特に、より簡単に高品質な画像を得ることができるようにした固体撮像装置および駆動方法、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、フォトダイオードを太陽電池と同様に開回路で動作させて出力電圧を計測する、太陽電池モードの対数センサが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
太陽電池モードの対数センサでは、フォトダイオードのPN接合の順方向に電流を流したときに生じる電位差、すなわち電圧が電流の対数と比例する関係が利用されている。すなわち、ショックレー方程式におけるPN接合の順方向の電流を、PN接合における光電変換によって発生した光電流に置き換えて、PN接合の順方向の電圧をモニタすれば、そのモニタ結果は光電流を対数圧縮した信号となる。
【0004】
また、このような太陽電池モードの対数センサと、一般的な蓄積型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサとを、画像の撮影に用いるセンサとして組み合わせて用いる固体撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
【0005】
この技術では、太陽電池モードの対数センサと、蓄積型CMOSイメージセンサとが空間上に分割されて配置される。そして、画像の撮影時には太陽電池モードの対数センサを構成する画素、および蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素が混在した画素行と、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素のみからなる画素行とから、順次、各画素の画素信号が読み出される。
【0006】
さらに、太陽電池モードの対数センサを構成する画素と、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素とを時分割で組み合わせて用いることで、画像を得る固体撮像装置も提案されている(例えば、特許文献3および特許文献4参照)。
【0007】
このような太陽電池モードの対数センサと、蓄積型CMOSイメージセンサと組み合わせた固体撮像装置によれば、よりダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。
【0008】
ところで、固体撮像装置において太陽電池モードの対数センサと蓄積型CMOSイメージセンサとを組み合わせているのは、太陽電池モードの対数センサの高照度特性はよいが、太陽電池モードの対数センサの低照度特性はよいとはいえず、暗時に弱いからである。
【0009】
太陽電池モードの対数センサの構造を一般的な蓄積型CMOSイメージセンサの構造に対応させると、フォトダイオードに、光電変換により得られた信号の変調に必要となる変調トランジスタへのコンタクトを直接具備した構造に相当する。
【0010】
したがって、太陽電池モードの対数センサでは、フォトダイオードを完全空乏化することができないのでkTCノイズを除去できなかったり、画像に残像が発生したり、フォトダイオード表面をピンニングできないために界面準位起因の白点や暗電流が増加したりする。これらのことが要因となり、太陽電池モードの対数センサでは十分な低照度特性を得ることができない。
【0011】
これに対して、一般的な蓄積型CMOSイメージセンサは転送トランジスタを具備し、この転送トランジスタを介してフォトダイオードで得られた電荷を、変調領域である浮遊拡散領域へと転送する構成となっている。そして、浮遊拡散領域にコンタクトが設けられ、浮遊拡散領域に転送された電荷に対応する電圧信号がコンタクトの接続先である変調トランジスタを介して読み出される。
【0012】
一般的な蓄積型CMOSイメージセンサでは、フォトダイオードと変調領域とを分離させることで、太陽電池モードの対数センサで生じるような低照度特性の低下が抑制されている。
【0013】
そこで、上述したように、太陽電池モードの対数センサを利用した固体撮像装置において、蓄積型CMOSイメージセンサを組み合わせることで、暗時に弱いという太陽電池モードの対数センサの特性を補う提案がなされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0014】
【非特許文献1】Yang Ni,YiMing Zhu,Bogdan Arion “A 768x576 Logarithmic Image Sensor with Photodiode in Solar Cell mode” 2011年 International Image Sensor Workshop (IISW), 2011/6/9, 講演 R35
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開2013−187727号公報
【特許文献2】特開2013−187728号公報
【特許文献3】特開2013−58960号公報
【特許文献4】特開2013−118595号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
しかしながら上述した技術では、太陽電池モードの対数センサと、蓄積型CMOSイメージセンサとを組み合わせた固体撮像装置において、簡単に高品質な画像を得ることができなかった。
【0017】
例えば太陽電池モードの対数センサを構成する画素と、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素とを、特許文献1に示されているように単純に並べて配置すると、それらのセンサについて、垂直方向と水平方向で空間上のサンプリング周期が増加して画像の解像度が劣化してしまう。また、この場合、水平方向と垂直方向とでセンサでのサンプリング周期が不均一になってしまう。
【0018】
さらに、太陽電池モードの対数センサを構成する画素と、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素とでは、信号レベルとリセットレベルを読み出す順番が異なるだけでなく、それらの信号レベルとリセットレベルのレベル自体も異なる。さらに、画素構成によっては、信号レベルが変化する方向が異なることもある。
【0019】
そのため、太陽電池モードの対数センサを構成する画素と、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素とから同じ垂直信号線を用いて信号を読み出すと、読み出し回路が複雑になるだけでなく、読み出し速度の制約も受けることになる。
【0020】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡単に高品質な画像を得ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0021】
本技術の第1の側面の固体撮像装置は、行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群とを備える。
【0022】
前記第1の画素と前記第2の画素とを、入射した光の量に対する出力の特性が異なる画素とすることができる。
【0023】
前記第1の画素を、前記特性としてリニア特性を有する画素とすることができる。
【0024】
前記第2の画素を、前記特性としてログ特性を有する画素とすることができる。
【0025】
前記第1の画素を、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素とし、前記第2の画素を太陽電池モードの対数センサを構成する画素とすることができる。
【0026】
前記行方向に並ぶ前記第1の画素からなる画素行と、その前記画素行に対して前記列方向に隣接する、前記行方向に並ぶ前記第2の画素からなる画素行とが、同時に選択および駆動されるようにすることができる。
【0027】
固体撮像装置には、前記列方向に並ぶ前記第1の画素のみが接続された、前記第1の画素から信号を読み出すための第1の垂直信号線と、前記列方向に並ぶ前記第2の画素のみが接続された、前記第2の画素から信号を読み出すための第2の垂直信号線とをさらに設けることができる。
【0028】
前記固体撮像装置を、カラー画像を撮影する固体撮像装置とすることができる。
【0029】
本技術の第1の側面の駆動方法は、行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群とを備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記第1の画素から信号を読み出し、前記第2の画素から信号を読み出すステップを含む。
【0030】
本技術の第1の側面においては、固体撮像装置に、行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群とが設けられる。
【0031】
本技術の第2の側面の電子機器は、行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群とを有する固体撮像装置を備える。
【0032】
本技術の第2の側面においては、固体撮像装置に、行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群とが設けられる。
【発明の効果】
【0033】
本技術の第1の側面および第2の側面によれば、より簡単に高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
図1】画素配列について説明する図である。
図2】信号レベルとリセットレベルの読み出しについて説明する図である。
図3】本技術を適用した画素配列について説明する図である。
図4】画素配線について説明する図である。
図5】固体撮像装置の構成例を示す図である。
図6】リニア画素の構成例を示す図である。
図7】ログ画素の構成例を示す図である。
図8】リニア画素の駆動について説明する図である。
図9】ログ画素の駆動について説明する図である。
図10】撮像装置の構成例を示す図である。
図11】固体撮像装置を使用する使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
【0036】
〈第1の実施の形態〉
〈固体撮像装置の画素配列について〉
本技術は、互いに特性の異なる画素を空間上に配置する場合に、それらの特性の異なる画素を行方向(水平方向)および列方向(垂直方向)に半画素分だけずれた状態で行列状に2次元配置することで、より簡単に高品質な画像を得ることができるようにするものである。
【0037】
ここで、互いに特性の異なる画素はどのようなものであってもよいが、以下では、それらの画素が、入射した光の受光量に対する出力の特性(出力特性)がリニア特性である画素とログ特性(対数特性)である画素であるものとする。
【0038】
具体的には、出力特性としてリニア特性を有する画素は、例えば蓄積型CMOSイメージセンサを構成する、埋め込み型のフォトダイオードからなる画素(以下、リニア画素とも称する)とされる。リニア画素は、入射した光の受光量に比例する電圧信号を出力する。
【0039】
また、出力特性としてログ特性を有する画素は、例えば太陽電池モードの対数センサを構成する、表面型のフォトダイオードからなる画素(以下、ログ画素とも称する)とされる。ログ画素は、入射した光の受光量の対数値に比例する電圧信号を出力する。
【0040】
以下では、具体的な実施の形態として、リニア画素からなる蓄積型CMOSイメージセンサと、ログ画素からなる太陽電池モードの対数センサとが空間上に分割して配置された画素アレイ領域を有する固体撮像装置について説明する。
【0041】
なお、固体撮像装置の画素アレイ領域における画素配列は、カラー画像を撮影するためのカラー配列であってもよいし、モノクロ画像を撮影するためのモノクロ配列であってもよいが、以下では画素アレイ領域の画素配列がカラー配列であるものとする。
【0042】
そのような場合、例えば画素アレイ領域には、リニア画素としてR(赤)、G(緑)、およびB(青)の各色のカラーフィルタを有する画素が配置される。
【0043】
以下では、Rのカラーフィルタを有し、R成分の信号を出力するリニア画素をRLNR画素とも称し、Gのカラーフィルタを有し、G成分の信号を出力するリニア画素をGLNR画素とも称することとする。また、Bのカラーフィルタを有し、B成分の信号を出力するリニア画素をBLNR画素とも称することとする。
【0044】
同様に、画素アレイ領域には、ログ画素としてR、G、およびBの各色のカラーフィルタを有する画素が配置される。
【0045】
以下では、Rのカラーフィルタを有し、R成分の信号を出力するログ画素をRLOG画素とも称し、Gのカラーフィルタを有し、G成分の信号を出力するログ画素をGLOG画素とも称することとする。また、Bのカラーフィルタを有し、B成分の信号を出力するログ画素をBLOG画素とも称することとする。
【0046】
本技術を適用した固体撮像装置の画素アレイ領域には、各色のリニア画素がベイヤー配列で配置されるとともに、各色のログ画素もベイヤー配列で配置されている。
【0047】
固体撮像装置は、リニア画素、つまり蓄積型CMOSイメージセンサにより被写体を撮影して得られた画像(以下、リニア画像とも称する)と、ログ画素、つまり太陽電池モードの対数センサにより被写体を撮影して得られた画像(以下、ログ画像とも称する)とから1つの画像を得る。このように、低照度特性のよいリニア画素と、高照度特性のよいログ画素とを組み合わせて最終的な1つの画像を得るようにすることで、ダイナミックレンジの広い高品質な画像を得ることができる。
【0048】
ここで、画素アレイ領域にリニア画素とログ画素をベイヤー配列で配置する場合、例えば図1に示すように単純にリニア画素とログ画素とを図中、縦方向または横方向に交互に配置することも考えられる。なお、図1において、図中、横方向が画素アレイ領域における水平方向、つまり行方向であるとし、図中、縦方向が画素アレイ領域における垂直方向、つまり列方向であるとする。
【0049】
また、図1において各四角形は1つの画素を表しており、画素内の文字「RLNR」、「GLNR」、「BLNR」、「RLOG」、「GLOG」、および「BLOG」は、それらの画素がRLNR画素、GLNR画素、BLNR画素、RLOG画素、GLOG画素、およびBLOG画素であることを示している。
【0050】
図1において、矢印Q11に示す例では、リニア画素が列方向に並べられたリニア画素列と、ログ画素が列方向に並べられたログ画素列とが行方向に交互に配置されている。また、リニア画素のみに注目すると、各色のリニア画素がベイヤー配列で配置されており、同様にログ画素のみに注目すると、各色のログ画素がベイヤー配列で配置されている。
【0051】
これに対して、矢印Q12に示す例では、リニア画素が行方向に並べられたリニア画素行と、ログ画素が行方向に並べられたログ画素行とが列方向に交互に配置されている。また、リニア画素のみに注目すると、各色のリニア画素がベイヤー配列で配置されており、同様にログ画素のみに注目すると、各色のログ画素がベイヤー配列で配置されている。
【0052】
これらの矢印Q11や矢印Q12に示す画素配列でリニア画素とログ画素を配置した場合、リニア画素またはログ画素のみを配置した場合と比較して、行方向(水平方向)または列方向(垂直方向)の何れかの方向において、リニア画像とログ画像の空間上のサンプリング周期が2倍になってしまう。
【0053】
例えば画素アレイ領域にリニア画素のみを配置した場合に得られるリニア画像(以下、基準リニア画像とも称する)の空間上のサンプリング周期、つまり互いに隣接するリニア画素の中心間の距離は、水平方向および垂直方向ともに1画素ピッチ(1画素分の幅)となる。
【0054】
これに対して、矢印Q11に示す画素配列では、リニア画像の垂直方向のサンプリング周期は1画素ピッチであるが、水平方向にはリニア画素間にログ画素が配置されているため、リニア画像の水平方向のサンプリング周期は2画素ピッチとなる。
【0055】
したがって、矢印Q11に示す画素配列では、リニア画像の水平方向のサンプリング周期が基準リニア画像のサンプリング周期の2倍となってしまう。換言すれば、リニア画像の水平方向のサンプリング周波数が半分に劣化してしまう。
【0056】
そうすると、撮影により得られるリニア画像の水平方向の解像度は、基準リニア画像と比べて半分に劣化してしまうことになる。このような解像度の劣化は偽色などの発生要因にもなる。
【0057】
さらに、この場合、リニア画像の水平方向と垂直方向のサンプリング周期が異なる。つまり、リニア画像の水平方向と垂直方向の解像度が不均一になってしまう。
【0058】
このような解像度の劣化や方向ごとの解像度の不均一は、リニア画像だけでなくログ画像についても生じる。
【0059】
同様に、矢印Q12に示す画素配列では、リニア画像やログ画像の垂直方向の解像度が半分に劣化してしまうとともに、水平方向と垂直方向とで解像度が不均一になってしまう。
【0060】
さらに、矢印Q11や矢印Q12に示すように、画素アレイ領域にリニア画素とログ画素とを混在させて配置した場合には、画素配線や信号の読み出しにも不都合が生じる。
【0061】
例えば矢印Q11に示す画素配列では、リニア画素とログ画素の両方の水平信号線を、それぞれ1画素ピッチで図中、縦方向に並べて設ける必要があるため、固体撮像装置が表面照射型のイメージセンサである場合、画素の開口率が劣化してしまう。
【0062】
また、リニア画素とログ画素とでは信号を読み出す順番や信号自体のレベルが異なるため、矢印Q12に示す画素配列において、それらのリニア画素とログ画素とから、同じ垂直信号線で信号を読み出そうとすると、読み出し回路が複雑になってしまう。また、画素からの信号の読み出し速度も制約を受けることになる。
【0063】
例えばリニア画素から信号を読み出すときの出力信号波形と、ログ画素から信号を読み出すときの出力信号波形は、図2に示すようになる。なお、図2において縦軸は画素から出力される電圧、つまり信号のレベルを示しており、図中、横軸は時間を示している。
【0064】
図2では、曲線C11はリニア画素から信号を読み出すときの出力信号波形を示しており、曲線C12はログ画素から信号を読み出すときの出力信号波形を示している。
【0065】
リニア画素から信号を読み出す場合、まず画素のリセットが行われた後、リセットレベルが読み出され、さらに浮遊拡散領域へと信号の転送が行われてから信号レベルの読み出しが行われる。
【0066】
この例では、矢印Q21に示す部分がリニア画素のリセットレベルを示しており、矢印Q22に示す部分が信号レベルを示している。
【0067】
これに対して、ログ画素から信号を読み出す場合、最初に信号レベルが読み出されてから、リセットレベルが読み出される。この例では、矢印Q23に示す部分がログ画素の信号レベルを示しており、矢印Q24に示す部分がリセットレベルを示している。
【0068】
このように、リニア画素とログ画素とでは、信号レベルとリセットレベルを読み出す順番、およびそれらの信号のレベルが異なる。また、画素構成によっては、リニア画素とログ画素とで、画素を構成する光電変換素子のキャリアが異なることもあり、そのような場合には、信号レベルが変化する方向も異なる。この例では、矢印Q22に示す部分と矢印Q23に示す部分とでは、点線で表されているように、信号レベルが変化する方向が異なっている。
【0069】
そのため、同じ垂直信号線にリニア画素とログ画素が接続されている場合、その垂直信号線を用いてリニア画素とログ画素から信号を読み出そうとすると、読み出し回路の構成が複雑になってしまうだけでなく、読み出し速度にも制約を受けることになる。
【0070】
そこで、本技術を適用した固体撮像装置では、例えば図3に示すように画素アレイ領域において、リニア画素群に対して、行方向および列方向に半画素ピッチ(半画素幅)だけずれた位置にログ画素群が配置されるようにした。
【0071】
なお、図3において、図中、横方向は画素アレイ領域における水平方向(行方向)を示しており、図中、縦方向は画素アレイ領域における垂直方向(列方向)を示している。また、図3において各四角形は1つの画素を表しており、画素内の文字「RLNR」、「GLNR」、「BLNR」、「RLOG」、「GLOG」、および「BLOG」は、それらの画素がRLNR画素、GLNR画素、BLNR画素、RLOG画素、GLOG画素、およびBLOG画素であることを示している。
【0072】
図3においてリニア画素のみに注目すると、各色のリニア画素がベイヤー配列で行方向および列方向に、つまり行列状に2次元配置されている。同様にログ画素のみに注目すると、各色のログ画素がベイヤー配列で行列状に2次元配置されている。
【0073】
この例では、行列配置されたリニア画素群に対して、行方向および列方向に半画素ピッチ分だけずれた位置にログ画素群が行列配置されている。
【0074】
換言すれば、各リニア画素の上下左右には他のリニア画素が隣接して設けられており、各リニア画素の斜め45度方向、つまり右斜め上方向、右斜め下方向、左斜め上方向、および左斜め下方向には、それぞれログ画素が隣接して設けられている。ここで、斜め45度方向とは、水平方向(行方向)または垂直方向(列方向)に対して、45度の角度をなす方向である。
【0075】
また各リニア画素から見れば、リニア画素に対して行方向および列方向には、リニア画素のみが並んでいることになる。同様に各ログ画素から見れば、ログ画素に対して行方向および列方向には、ログ画素のみが並んでいることになる。
【0076】
このような画素配列とすることで、本技術を適用した固体撮像装置においては、リニア画像やログ画像の解像度の劣化を最小限に抑えるとともに、水平方向と垂直方向とで均一な解像度の画像を得ることができる。
【0077】
すなわち、この例では各画素が図1に示した例に対して、45度だけ回転された状態、つまり図中、画素を表す四角形の辺が水平方向と45度の角度をなす状態で2次元配置されている。
【0078】
そのため、リニア画像の行方向および列方向のサンプリング周期は、21/2画素ピッチとなる。換言すれば、リニア画像のサンプリング周波数が基準リニア画像のサンプリング周波数の1/(21/2)倍となる。また、リニア画像のサンプリング周期は、行方向および列方向で同じとなる。
【0079】
したがって、リニア画像の解像度の劣化が図1に示した画素配列の場合よりも少なくて済むだけでなく、リニア画像の解像度も水平方向と垂直方向とで均一となる。また、リニア画像だけでなく、ログ画像についても解像度の劣化を最小限に抑えるとともに、水平方向と垂直方向の解像度を均一にすることができる。
【0080】
しかも図3に示す画素配列では、同色のリニア画素とログ画素とが水平方向および垂直方向に半画素ピッチだけずれた位置に配置されており、リニア画素とログ画素との空間的なサンプリング位置のずれも最小限に抑制されている。
【0081】
以上のことから、画素アレイ領域の画素配列を図3に示す配列とすることで、より簡単により高品質な画像を得ることができる。すなわち、より簡単に固体撮像装置で得られるカラー画像の高画質化を実現することができる。
【0082】
さらに、図3に示す画素配列とすることで、図4に示すように配線を行うことができるようになる。なお、図4は、図3における画素配列に、さらに配線が描かれたものとなっており、図4において図3における場合と対応する部分については、その説明を省略する。また、図4中、縦方向および横方向は、画素アレイ領域における垂直方向(列方向)および水平方向(行方向)を示している。
【0083】
図4では、各画素を結ぶ水平方向に延びる折れ線が、画素を駆動するための信号線(水平信号線)を表しており、垂直方向に並ぶ各画素を結ぶ垂直方向の直線が、画素から信号を読み出すために用いられる垂直信号線を表している。
【0084】
図3を参照して説明した画素配列とすることで、図4に示すようにリニア画素とログ画素の両方の水平信号線を21/2画素ピッチで設ければよく、画素の開口率の劣化を抑制することができる。
【0085】
さらに、図3を参照して説明した画素配列では、垂直方向にはリニア画素またはログ画素の何れかの画素のみが並ぶようになっている。そのため、図4に示すように1つの垂直信号線に接続される画素は、必ずリニア画素のみか、ログ画素のみかとなる。
【0086】
そうすると、画素からの信号の読み出し時に、リニア画素からの信号の読み出しと、ログ画素からの信号の読み出しとを分離することができる。
【0087】
したがって、例えばリニア画素に接続された垂直信号線には、リニア画素用の読み出し回路を接続し、ログ画素に接続された垂直信号線には、ログ画素用の読み出し回路を接続して、読み出し回路が複雑になることを防止することができる。すなわち、より簡単な回路構成で画素から信号を読み出すことができるようになる。
【0088】
しかも、リニア画素用の読み出し回路と、ログ画素用の読み出し回路とを独立に動作させることで互いの回路動作の干渉を避け、より高速に読み出し回路を動作させることができる。その結果、より簡単かつ迅速に、より高品質な画像を得ることができるようになる。
【0089】
なお、リニア画素からの信号の読み出しのタイミングと、ログ画素からの信号の読み出しのタイミングは、それらの読み出しタイミングが、撮影する画像の1フレーム分の期間内であれば、同じタイミングであっても異なるタイミングであってもよい。また、リニア画素とログ画素の露光時間および露光タイミングも同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0090】
〈固体撮像装置の構成例〉
続いて、以上において説明した固体撮像装置のより具体的な実施の形態について説明する。図5は、本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
【0091】
なお、図5において各四角形は1つの画素を表しており、画素内の文字「RLNR」、「GLNR」、「BLNR」、「RLOG」、「GLOG」、および「BLOG」は、それらの画素がRLNR画素、GLNR画素、BLNR画素、RLOG画素、GLOG画素、およびBLOG画素であることを示している。また、図中、横方向は画素アレイ領域21における水平方向(行方向)を示しており、図中、縦方向は画素アレイ領域21における垂直方向(列方向)を示している。
【0092】
図5に示す固体撮像装置11は、カラー画像を撮影する固体撮像装置であり、固体撮像装置11は画素アレイ領域21、画素駆動回路22、ログ画素用読み出し回路23、およびリニア画素用読み出し回路24を有している。
【0093】
画素アレイ領域21には、図3に示した画素配列で、リニア画素とログ画素とが行列状に2次元配置されており、各画素は、被写体から入射した光を光電変換し、その結果に応じた信号を出力する。
【0094】
また、画素アレイ領域21内の各画素は、駆動信号線25−1乃至駆動信号線25−6により画素駆動回路22に接続されている。なお、以下、駆動信号線25−1乃至駆動信号線25−6を特に区別する必要のない場合、単に駆動信号線25とも称する。
【0095】
画素アレイ領域21内の画素は、図4を参照して説明したように駆動信号線25に接続されている。すなわち、画素アレイ領域21において、行方向(水平方向)に並ぶリニア画素からなる画素行と、その画素行の図中、下側に隣接する、行方向に並ぶログ画素からなる画素行とが、1つの(同一の)駆動信号線25に接続されている。この例では、各駆動信号線25は、リニア画素とリグ画素とに交互に接続されるように、ジグザグに配線されている。
【0096】
また、画素アレイ領域21内の垂直方向に並ぶログ画素からなる各画素列は、垂直方向に長い垂直信号線26−1乃至垂直信号線26−6によりログ画素用読み出し回路23に接続されている。なお、以下、垂直信号線26−1乃至垂直信号線26−6を特に区別する必要のない場合、単に垂直信号線26とも称する。
【0097】
この例では、画素列を構成する、垂直方向に並ぶ各ログ画素が1つの垂直信号線26に接続されている。換言すれば、垂直信号線26にはログ画素のみが接続されている。
【0098】
同様に、画素アレイ領域21内の垂直方向に並ぶリニア画素からなる各画素列は、垂直方向に長い垂直信号線27−1乃至垂直信号線27−6によりリニア画素用読み出し回路24に接続されている。なお、以下、垂直信号線27−1乃至垂直信号線27−6を特に区別する必要のない場合、単に垂直信号線27とも称する。
【0099】
この例では、画素列を構成する、垂直方向に並ぶ各リニア画素が1つの垂直信号線27に接続されている。換言すれば、垂直信号線27にはリニア画素のみが接続されている。
【0100】
画素駆動回路22は、駆動信号線25を介して各画素に駆動用の信号を供給することで、各画素を駆動させる。
【0101】
例えば、画素駆動回路22は、垂直方向に連続して並ぶいくつかの画素行をシャッタ動作を行う、つまり露光を開始させる画素行であるシャッタラインとして選択する。そして、画素駆動回路22は、シャッタラインを構成する各画素に駆動信号線25を介して各種の駆動信号を供給し、シャッタ動作をさせる。
【0102】
また、画素駆動回路22は、シャッタラインから所定行数だけ離れた位置にある、垂直方向に連続して並ぶいくつかの画素行を画素からの信号の読み出しを行うリードラインとして選択する。そして、画素駆動回路22は、リードラインを構成する各画素に駆動信号線25を介して各種の駆動信号を供給し、信号を出力させる。
【0103】
画素駆動回路22は、シャッタラインとリードラインが時間とともに垂直方向に移動していくようにそれらのラインを垂直方向に走査させる。このとき、例えば画素駆動回路22は、リニア画素からなる画素行の各リニア画素と、その画素行に隣接する、ログ画素からなる画素行の各ログ画素とを同時に選択したり、同時に駆動させたりする。
【0104】
なお、ここでは画素駆動回路22と各画素とが1つの駆動信号線25により接続されているが、より詳細には、画素駆動回路22と各画素とは複数の駆動信号線25により接続されている。例えば、画素に供給する駆動信号の種別ごとに駆動信号線25が設けられている。
【0105】
ログ画素用読み出し回路23は、垂直信号線26を介してログ画素から信号レベルとリセットレベルを読み出し、それらの信号レベルとリセットレベルから、ログ画像上における対応するログ画素の画素値を示す画素信号を算出して後段のブロックに出力する。
【0106】
リニア画素用読み出し回路24は、垂直信号線27を介してリニア画素から信号レベルとリセットレベルを読み出し、それらの信号レベルとリセットレベルから、リニア画像上における対応するリニア画素の画素値を示す画素信号を算出して後段のブロックに出力する。
【0107】
このようにして得られたログ画素の画素信号からなるカラーのログ画像と、リニア画素の画素信号からなるカラーのリニア画像とから、信号処理により1つのカラー画像が生成され、固体撮像装置11により撮影された、最終的な画像とされる。なお、この最終的な画像を生成する処理は、ログ画素用読み出し回路23およびリニア画素用読み出し回路24の後段のブロックにより行われるが、そのブロックは固体撮像装置11内に設けられてもよいし、固体撮像装置11の外部に設けられるようにしてもよい。
【0108】
固体撮像装置11では、図5に示すように画素アレイ領域21の周囲に、ログ画素用読み出し回路23やリニア画素用読み出し回路24といった周辺回路を配置することで、図3を参照して説明した画素配列の特徴を活かすことができる。
【0109】
〈リニア画素の構成について〉
ここで、画素アレイ領域21に設けられたリニア画素とログ画素の具体的な構成例について説明する。
【0110】
画素アレイ領域21に設けられたリニア画素は、例えば図6に示す構成とされる。なお、図6において図5における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【0111】
図6に示すリニア画素51では、半導体基板上のp型ウェル61に光電変換素子であるフォトダイオード62、転送トランジスタ63、電荷電圧変換部64、トランジスタ65、容量66、およびリセットトランジスタ67が設けられている。
【0112】
フォトダイオード62は、p型ウェル61内に設けられたp+型半導体領域71とn−型半導体領域72とからなる埋め込み型のフォトダイオードであり、入射した光を光電変換して、その結果得られた電荷を蓄積する。また、フォトダイオード62と電荷電圧変換部64の間に設けられた転送トランジスタ63は、ゲート電極に供給される駆動信号TRGが高レベルとなったときに導通状態(オン状態)となり、フォトダイオード62に蓄積されている電荷を電荷電圧変換部64に転送する。
【0113】
電荷電圧変換部64は、p型ウェル61内に設けられたn+型半導体領域からなる浮遊拡散領域であり、転送トランジスタ63を介してフォトダイオード62から供給された電荷を蓄積するとともに、蓄積している電荷を電圧信号に変換する。また、電荷電圧変換部64には、増幅トランジスタ73のゲート電極が接続されている。
【0114】
増幅トランジスタ73は、ドレインが所定電圧VDDの電源に接続されており、電荷電圧変換部64に蓄積された電荷(電圧信号)を読み出すソースフォロワ回路の入力部となる。つまり、増幅トランジスタ73は、ソースが選択トランジスタ74を介して垂直信号線27に接続されることにより、垂直信号線27の一端に接続される定電流源とソースフォロワ回路を構成する。
【0115】
選択トランジスタ74は、増幅トランジスタ73のソースと垂直信号線27との間に接続されている。選択トランジスタ74は、ゲート電極に供給される駆動信号SELが高レベルとなったときにオン状態、つまり導通状態となり、増幅トランジスタ73から出力される電圧信号を、垂直信号線27を介してリニア画素用読み出し回路24に供給する。
【0116】
トランジスタ65は、p型ウェル61内の電荷電圧変換部64と容量66の間に設けられた、p−型半導体領域またはn−型半導体領域とゲート電極とからなる。トランジスタ65は、ゲート電極に供給された駆動信号FDGが高レベルとなったとき、導通状態(オン状態)となり、電荷電圧変換部64と容量66を電気的に接続する。
【0117】
容量66はn+型半導体領域からなり、電荷電圧変換部64と電気的に接続されたとき、電荷電圧変換部64に転送されてきた電荷の一部を蓄積する。また、容量66は、リセットトランジスタ67のゲート電極に供給される駆動信号RSTが高レベルとなり、リセットトランジスタ67がオンしたときに初期化(リセット)される。
【0118】
〈ログ画素の構成について〉
また、画素アレイ領域21に設けられたログ画素は、例えば図7に示す構成とされる。なお、図7において図5または図6における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【0119】
図7に示すログ画素101では、半導体基板上のp型ウェル61に光電変換素子であるフォトダイオード111、変調トランジスタ112、および定電流のためのトランジスタ113が設けられている。
【0120】
フォトダイオード111は、p型ウェル61内に設けられたp+型半導体領域121とn−型半導体領域122とからなる表面型のフォトダイオードである。
【0121】
また、n−型半導体領域122内部には、n+型半導体領域123が形成されており、このn+型半導体領域123と、p+型半導体領域121との間にリセットトランジスタ124が設けられている。このリセットトランジスタ124のゲート電極に供給される駆動信号RST’が高レベルとなり、リセットトランジスタ124がオン状態となると、p+型半導体領域121とn−型半導体領域122との電位が等しくなり、フォトダイオード111が初期化(リセット)される。
【0122】
変調トランジスタ112は、p型ウェル61内に設けられたn+型半導体領域125およびn+型半導体領域126と、ゲート電極とから構成され、変調トランジスタ112のゲート電極はフォトダイオード111を構成するp+型半導体領域121に接続されている。
【0123】
また、ログ画素101には、図6に示したリニア画素51を構成する増幅トランジスタ73および選択トランジスタ74に対応する、増幅トランジスタ127および選択トランジスタ128が設けられている。
【0124】
増幅トランジスタ127は、ドレインが所定電圧VDDの電源に接続されており、フォトダイオード111で入射光を受光することで得られ、さらに変調トランジスタ112で変調(増幅)された電圧信号を読み出すソースフォロワ回路の入力部となる。つまり、増幅トランジスタ127は、ソースが選択トランジスタ128を介して垂直信号線26に接続されることにより、垂直信号線26の一端に接続される定電流源とソースフォロワ回路を構成する。また、増幅トランジスタ127のゲート電極は、変調トランジスタ112を構成するn+型半導体領域126に接続されている。
【0125】
選択トランジスタ128は、増幅トランジスタ127のソースと垂直信号線26との間に接続されている。選択トランジスタ128は、ゲート電極に供給される駆動信号SEL’が高レベルとなったときにオン状態、つまり導通状態となり、増幅トランジスタ127から出力される電圧信号を、垂直信号線26を介してログ画素用読み出し回路23に供給する。
【0126】
定電流のためのトランジスタ113は、p型ウェル61内に設けられたn+型半導体領域126およびn+型半導体領域129と、ゲート電極とから構成され、トランジスタ113のゲート電極にはバイアス電圧VBSが印加される。
【0127】
フォトダイオード111に外部から光が入射すると、その入射した光の量(受光量)に応じてp+型半導体領域121からn−型半導体領域122へとホールが移動し、これに応じて変調トランジスタ112のゲート電極に印加される電圧が変化する。
【0128】
変調トランジスタ112のゲート電極に印加される電圧、つまりフォトダイオード111で得られた電圧信号は、変調トランジスタ112およびトランジスタ113によって増幅され、さらに増幅トランジスタ127および選択トランジスタ128を介して垂直信号線26に出力される。
【0129】
画素アレイ領域21に以上において説明したリニア画素51とログ画素101が設けられる場合、例えば駆動信号SELと駆動信号SEL’を供給するための駆動信号線25を同一の駆動信号線とすることができる。
【0130】
〈固体撮像装置の動作について〉
続いて、固体撮像装置11の動作について説明する。
【0131】
固体撮像装置11は、被写体の撮影が指示されると撮影処理を開始して、リニア画像およびログ画像を出力する。
【0132】
すなわち、画素駆動回路22は、シャッタラインとリードラインを選択し、その選択結果に応じて各種の駆動信号を駆動信号線25を介して画素アレイ領域21内の各画素に供給する。このとき、画素駆動回路22は、シャッタラインとリードラインを時間とともに垂直方向に走査させながら、各画素を駆動させる。
【0133】
具体的には、画素アレイ領域21に設けられたリニア画素51は、例えば図8に示すように駆動される。
【0134】
なお、図8において、折れ線C21乃至折れ線C24は、それぞれ上述した駆動信号SEL、駆動信号RST、駆動信号FDG、および駆動信号TRGの駆動波形を表している。また、図8において横方向は時間を示しており、縦方向は各駆動信号のレベルを示している。つまり、駆動信号が上に突である状態は高レベルの状態を示しており、下に突である状態は低レベルの状態を示している。
【0135】
この例では、リニア画素51が含まれる画素行がシャッタラインとしてもリードラインとしても選択されていない場合には、駆動信号SEL、駆動信号RST、駆動信号FDG、および駆動信号TRGは低レベルとされている。
【0136】
すなわち、選択トランジスタ74、リセットトランジスタ67、トランジスタ65、および転送トランジスタ63はオフ状態とされている。
【0137】
そのような状態で、リニア画素51が含まれる画素行がシャッタラインとして選択されると、時刻t11において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してリニア画素51に供給する駆動信号RST、駆動信号FDG、および駆動信号TRGを高レベルとする。
【0138】
これにより、転送トランジスタ63およびトランジスタ65がオン状態とされて、フォトダイオード62、電荷電圧変換部64、および容量66が接続された状態となる。このような状態で、駆動信号RSTによりリセットトランジスタ67がオン状態とされると、フォトダイオード62、電荷電圧変換部64、および容量66が初期化される。
【0139】
そして、その後、画素駆動回路22により駆動信号RST、駆動信号FDG、および駆動信号TRGが低レベルとされると、リセットトランジスタ67、トランジスタ65、および転送トランジスタ63がオフ状態となり、初期化が解除される。このようにして初期化が解除されると、リニア画素51、つまりフォトダイオード62の露光期間が開始される。
【0140】
フォトダイオード62の露光が開始されると、フォトダイオード62は、被写体から入射した光を光電変換し、その結果得られた電荷を蓄積する。
【0141】
フォトダイオード62の露光が継続して行われ、リニア画素51が含まれる画素行がリードラインとして選択されると、時刻t12において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してリニア画素51に供給する駆動信号SEL、駆動信号RST、および駆動信号FDGを高レベルとする。
【0142】
駆動信号SELが高レベルとなると、選択トランジスタ74がオン状態となり、リニア画素51が選択状態となる。つまり、リニア画素51から垂直信号線27を介して、リニア画素用読み出し回路24へと信号が出力されるようになる。
【0143】
また、駆動信号FDGおよび駆動信号RSTが高レベルとなると、トランジスタ65およびリセットトランジスタ67がオン状態とされ、電荷電圧変換部64と容量66が接続された状態で、それらの電荷電圧変換部64と容量66が初期化されることになる。このとき、駆動信号TRGは低レベルのままであるので、フォトダイオード62は電荷電圧変換部64から切り離された状態のままであり、継続してフォトダイオード62の露光が行われている。
【0144】
そして、時刻t13において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してリニア画素51に供給する駆動信号RSTを低レベルとして、電荷電圧変換部64と容量66の初期化を終了する。
【0145】
ここで、駆動信号FDGを高レベルとするか、または低レベルとするかを適宜選択することで、トランジスタ65をオン状態とするか、またはオフ状態とするかを切り替えることができる。
【0146】
このとき、電荷電圧変換部64の蓄積電荷、または電荷電圧変換部64と容量66が接続された状態の蓄積電荷に応じた電圧信号が、増幅トランジスタ73、選択トランジスタ74、および垂直信号線27を介して、リニア画素用読み出し回路24により読み出され、リニア画素51のリセットレベルとされる。つまり、リニア画素用読み出し回路24によりリニア画素51からのリセットレベルの読み出しが行われる。
【0147】
その後、時刻t14において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してリニア画素51に供給する駆動信号TRGを高レベルとする。これにより、転送トランジスタ63がオン状態とされて、フォトダイオード62と電荷電圧変換部64とが接続され、露光によりフォトダイオード62に蓄積された電荷が電荷電圧変換部64へと転送される。
【0148】
このとき、トランジスタ65をオン状態とすると、電荷電圧変換部64と容量66が接続された状態で信号のダイナミックレンジを拡大することができる。また、トランジスタ65をオフ状態とすると、電荷電圧変換部64と容量66が切り離された状態となり、電荷の電圧信号への変換効率を向上させることができる。
【0149】
このようにしてフォトダイオード62から電荷電圧変換部64への電荷の転送が開始されると、フォトダイオード62の露光期間が終了する。
【0150】
さらに、時刻t15において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してリニア画素51に供給する駆動信号TRGを低レベルとして、フォトダイオード62と電荷電圧変換部64が切り離された状態とする。
【0151】
このとき、電荷電圧変換部64の蓄積電荷に応じた電圧信号が、増幅トランジスタ73、選択トランジスタ74、および垂直信号線27を介して、リニア画素用読み出し回路24により読み出され、リニア画素51の信号レベルとされる。つまり、リニア画素用読み出し回路24によりリニア画素51からの信号レベルの読み出しが行われる。
【0152】
このようにしてリセットレベルと信号レベルが読み出されると、リニア画素用読み出し回路24は、それらのリセットレベルと信号レベルからリニア画素51の画素信号を演算により生成して、後段のブロックに出力する。
【0153】
一方、画素駆動回路22による駆動制御によって、画素アレイ領域21に設けられたログ画素101は、例えば図9に示すように駆動される。
【0154】
なお、図9において、折れ線C31および折れ線C32は、それぞれ上述した駆動信号SEL’および駆動信号RST’の駆動波形を表している。また、図9において横方向は時間を示しており、縦方向は各駆動信号のレベルを示している。つまり、駆動信号が上に突である状態は高レベルの状態を示しており、下に突である状態は低レベルの状態を示している。
【0155】
この例では、ログ画素101が含まれる画素行がシャッタラインとしてもリードラインとしても選択されていない場合には、駆動信号SEL’および駆動信号RST’は低レベルとされている。すなわち、選択トランジスタ128およびリセットトランジスタ124はオフ状態とされている。
【0156】
そのような状態で、ログ画素101が含まれる画素行がシャッタラインとして選択されると、時刻t21において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してログ画素101に供給する駆動信号RST’を高レベルとする。
【0157】
これにより、リセットトランジスタ124がオン状態となって、フォトダイオード111が初期化される。そして、その後、駆動信号RST’が低レベルとされてフォトダイオード111の初期化が解除されると、フォトダイオード111の露光が開始される。すなわち、フォトダイオード111の初期化が解除されると、露光期間が開始される。
【0158】
フォトダイオード111の露光時には、フォトダイオード111は入射した光を光電変換し、その結果として、入射した光の受光量に応じた電圧が変調トランジスタ112のゲート電極に印加される。
【0159】
フォトダイオード111の露光が継続して行われ、ログ画素101が含まれる画素行がリードラインとして選択されると、時刻t22において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してログ画素101に供給する駆動信号SEL’を高レベルとする。
【0160】
駆動信号SEL’が高レベルとなると、選択トランジスタ128がオン状態となり、ログ画素101が選択状態となる。つまり、ログ画素101から垂直信号線26を介して、ログ画素用読み出し回路23へと信号が出力されるようになる。
【0161】
この場合、フォトダイオード111での光電変換により得られた電圧(電圧信号)が、変調トランジスタ112、増幅トランジスタ127、選択トランジスタ128、および垂直信号線26を介して、ログ画素用読み出し回路23により読み出され、ログ画素101の信号レベルとされる。つまり、ログ画素用読み出し回路23によりログ画素101からの信号レベルの読み出しが行われる。
【0162】
信号レベルの読み出しが行われると同時に、時刻t23において、画素駆動回路22は、駆動信号線25を介してログ画素101に供給する駆動信号RST’を高レベルとする。
【0163】
これにより、リセットトランジスタ124がオン状態となって、フォトダイオード111が初期化される。このようにしてフォトダイオード111が初期化されると、フォトダイオード111の露光期間が終了することになる。
【0164】
また、フォトダイオード111が初期化されると、その状態におけるフォトダイオード111の出力電圧、つまり変調トランジスタ112のゲート電極に印加される電圧が、変調トランジスタ112、増幅トランジスタ127、選択トランジスタ128、および垂直信号線26を介して、ログ画素用読み出し回路23により読み出され、ログ画素101のリセットレベルとされる。つまり、ログ画素用読み出し回路23によりログ画素101からのリセットレベルの読み出しが行われる。
【0165】
このようにしてリセットレベルと信号レベルが読み出されると、ログ画素用読み出し回路23は、それらのリセットレベルと信号レベルからログ画素101の画素信号を演算により生成して、後段のブロックに出力する。
【0166】
以上において説明した駆動によって、画素アレイ領域21にある全リニア画素51の画素信号と、全ログ画素101の画素信号が得られると、リニア画像およびログ画像が得られたことになる。
【0167】
このようにして得られたリニア画像とログ画像とから、固体撮像装置11の図示せぬ信号処理ブロック、または固体撮像装置11外部の信号処理ブロックによって、最終的な1つの画像が生成され、静止画像または動画像の1フレーム分の画像とされる。
【0168】
固体撮像装置11は、ユーザ等の操作により撮影処理の停止が指示されるまで、上述した駆動を繰り返し行う。そして、固体撮像装置11は、撮影処理の停止が指示されると、各部の動作を停止させ、撮影処理を終了する。
【0169】
固体撮像装置11では、以上のようにしてリニア画像とログ画像を撮影することで、より簡単に高品質な画像を得ることができる。
【0170】
〈撮像装置の構成例〉
さらに、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、光電変換部に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。
【0171】
図10は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示す図である。
【0172】
図10の撮像装置901は、レンズ群などからなる光学部911、固体撮像装置(撮像デバイス)912、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路913を備える。また、撮像装置901は、フレームメモリ914、表示部915、記録部916、操作部917、および電源部918も備える。DSP回路913、フレームメモリ914、表示部915、記録部916、操作部917および電源部918は、バスライン919を介して相互に接続されている。
【0173】
光学部911は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで固体撮像装置912の撮像面上に結像する。固体撮像装置912は、光学部911によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置912は、図5に示した固体撮像装置11に対応する。
【0174】
表示部915は、例えば、液晶パネルや有機EL(electro luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置912で撮影された動画像または静止画像を表示する。記録部916は、固体撮像装置912で撮影された動画像または静止画像を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【0175】
操作部917は、ユーザによる操作の下に、撮像装置901が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部918は、DSP回路913、フレームメモリ914、表示部915、記録部916および操作部917の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【0176】
なお、上述した実施形態においては、可視光の光量に応じた信号を検知する画素が行列状に配置されてなる蓄積型CMOSイメージセンサと、太陽電池モードの対数センサとからなる固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本技術はそのような固体撮像装置の適用に限られるものではなく、固体撮像装置全般に対して適用可能である。
【0177】
<固体撮像装置の使用例>
図11は、上述の固体撮像装置(イメージセンサ)を使用する使用例を示す図である。
【0178】
上述した固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【0179】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【0180】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【0181】
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
【0182】
[1]
行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、
前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群と
を備える固体撮像装置。
[2]
前記第1の画素と前記第2の画素とは、入射した光の量に対する出力の特性が異なる
[1]に記載の固体撮像装置。
[3]
前記第1の画素は、前記特性としてリニア特性を有する画素である
[2]に記載の固体撮像装置。
[4]
前記第2の画素は、前記特性としてログ特性を有する画素である
[2]または[3]に記載の固体撮像装置。
[5]
前記第1の画素は、蓄積型CMOSイメージセンサを構成する画素であり、前記第2の画素は太陽電池モードの対数センサを構成する画素である
[1]乃至[4]の何れか一項に記載の固体撮像装置。
[6]
前記行方向に並ぶ前記第1の画素からなる画素行と、その前記画素行に対して前記列方向に隣接する、前記行方向に並ぶ前記第2の画素からなる画素行とが、同時に選択および駆動される
[1]乃至[5]の何れか一項に記載の固体撮像装置。
[7]
前記列方向に並ぶ前記第1の画素のみが接続された、前記第1の画素から信号を読み出すための第1の垂直信号線と、
前記列方向に並ぶ前記第2の画素のみが接続された、前記第2の画素から信号を読み出すための第2の垂直信号線と
をさらに備える[1]乃至[6]の何れか一項に記載の固体撮像装置。
[8]
前記固体撮像装置は、カラー画像を撮影する固体撮像装置である
[1]乃至[7]の何れか一項に記載の固体撮像装置。
[9]
行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、
前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群と
を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記第1の画素から信号を読み出し、
前記第2の画素から信号を読み出す
ステップを含む駆動方法。
[10]
行列状に配置された複数の第1の画素からなる第1の画素群と、
前記第1の画素群を構成する前記第1の画素のそれぞれに対して行方向および列方向に半画素分だけずれた状態で行列状に配置された、前記第1の画素とは異なる特性を有する複数の第2の画素からなる第2の画素群と
を有する固体撮像装置を備える電子機器。
【符号の説明】
【0183】
11 固体撮像装置, 21 画素アレイ領域, 22 画素駆動回路, 23 ログ画素用読み出し回路, 24 リニア画素用読み出し回路, 25−1乃至25−6,25 駆動信号線, 26−1乃至26−6,26 垂直信号線, 27−1乃至27−6,27 垂直信号線, 51 リニア画素, 101 ログ画素
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
【国際調査報告】