摄像装置的驱动方法与流程

文档序号:15106093发布日期:2018-08-04 16:55阅读:175来源:国知局

涉及摄像装置的驱动方法。



背景技术:

在专利文献1记载的摄像装置中,配置有保持从像素输出的信号的多个存储器。

另外,将与在连续地被入射光的光电变换部中产生的电荷对应地从像素输出的信号保持到各个存储器。

该存储器中的保持是在将由光电变换部产生的电荷用源极跟随器电路变换为电压之后进行的。

另外,针对在变换为电压之后保持的信号,在后级的电路中进行加法或者平均化处理,从而实现动态范围扩大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2013-55610号公报



技术实现要素:

在多个存储器保持与在光电变换部中产生的电荷对应地从像素输出的信号的结构中,在像素中将由光电变换部产生的电荷变换为电压之后保持为信号。有可能以各个信号中包含源极跟随器所引起的噪声的状态被保持。

特别,在使用由光电变换部产生的电荷中的基于在分别不同的期间产生的电荷的信号的情况下,由于处理在不同的时间产生的信号,所以该噪声进一步在时间上变化而出现偏差的可能性高。

因此,需要研究如下方面:在对保持的信号进行加法时提高S/N比(信号/噪声比)。

本发明鉴于上述课题,提供一种在使用在不同的期间由光电变换部产生的电荷来生成图像时,能够提高S/N比的摄像装置的驱动方法。

本发明提供一种摄像装置的驱动方法,在该摄像装置中矩阵状地具有多个像素,该像素具有:光电变换部;至少两个电荷保持部,保持由一个光电变换部产生的电荷;第1传送部,将由一个光电变换部产生的电荷传送到第1电荷保持部及第2电荷保持部中的第1电荷保持部;第2传送部,将由一个光电变换部产生的电荷传送到第1电荷保持部及第2电荷保持部中的第2电荷保持部;浮置扩散体,被传送由第1电荷保持部及所述第2电荷保持部保持的电荷;第3传送部,从第1电荷保持部向浮置扩散体传送电荷;以及第4传送部,从第2电荷保持部向浮置扩散体传送电荷,所述摄像装置的驱动方法的特征在于,在使在不同的期间在一个光电变换部中产生的电荷分别保持到第1电荷保持部以及所述第2电荷保持部之后,使第3传送部成为ON状态而向浮置扩散体传送电荷之后,在由浮置扩散体保持被传送的电荷的状态下,使第4传送部成为ON状态。

附图说明

图1是摄像装置的框图。

图2是像素的电路图。

图3是驱动概念图。

图4是驱动脉冲图。

图5是像素的电路图。

图6是驱动概念图。

图7是驱动脉冲图。

图8是驱动概念图。

图9是驱动脉冲图。

图10是驱动概念图。

图11是驱动脉冲图。

图12是驱动概念图。

(符号说明)

201:光电变换部;203:第1电荷保持部;213:第2电荷保持部;202:第1传送部;212:第2传送部;205:浮置扩散体;204:第3传送部;214:第4传送部;207:放大晶体管。

具体实施方式

(实施例1)

使用图1~图4,说明本实施例的摄像装置的驱动方法。在各附图中附加有相同的符号的部分是指相同的元件或者相同的区域。

图1示出摄像装置101的框图。摄像装置101具有像素部102、脉冲生成部103、垂直扫描电路104、列电路105、水平扫描电路106、信号线107、输出电路108。

像素部102在摄像面具有多个将光变换为电信号并输出变换的电信号的像素100。多个像素100矩阵状地配置。

垂直扫描电路104接受来自脉冲生成部103的控制脉冲,对各像素供给驱动脉冲。

在垂直扫描电路104中,使用移位寄存器、地址解码器等逻辑电路。

各个信号线107针对像素部102的每个像素列配置,被输出来自像素的信号。

对列电路105,经由信号线107并列地输出而进行预定的处理。预定的处理是指噪声去除、信号的放大、AD变换的至少一个。

水平扫描电路106将用于依次输出由列电路105处理后的信号的驱动脉冲供给到列电路105。

输出电路108由缓冲放大器、差动放大器等构成,将来自列电路105的像素信号输出到摄像装置101的外部的信号处理部。

图2示出像素100的电路图。在图2中,示出矩阵状地排列的多个像素100中的2行2列的4个像素100。

在本实施例中,将电子作为信号电荷(以下也称为电荷)。

将各晶体管设为N型的晶体管进行说明。

在将电荷设为空穴的情况下,使构成光电变换部201、电荷保持部以及FD205的各个半导体区域的导电类型成为相反导电类型即可。

各像素具有分别保持由一个光电变换部产生的电荷的二个电荷保持部。为了区分两者,将一方的电荷保持部设为第1电荷保持部,将另一方的电荷保持部设为第2电荷保持部而进行说明。

光电变换部201在光入射时产生电荷对,积蓄电子。在此,作为光电变换部201的例子,示出光电二极管。

第1电荷保持部203以及第2电荷保持部213保持从光电变换部201传送的电荷。

第1传送部202将由光电变换部201产生的电荷传送到第1电荷保持部203。对第1传送部202供给驱动脉冲pGS1,通过驱动脉冲pGS1切换第1传送部202的ON状态(导通)、OFF状态(非导通)。

具体而言,通过驱动脉冲pGS1成为High(高)电平(以下称为H电平),第1传送部202成为ON状态。进而,通过驱动脉冲pGS1成为Low(低)电平(以下称为L电平)以下,第1传送部202成为OFF状态。

第2传送部212将由光电变换部201产生的电荷传送到第2电荷保持部213。对第2传送部212供给驱动脉冲pGS2,通过驱动脉冲pGS2切换第2传送部212的ON状态、OFF状态。

第3传送部204将由第1电荷保持部203保持的电荷传送到浮置扩散体(以下称为FD)205。对第3传送部204供给驱动脉冲pTX1,通过驱动脉冲pTX1切换第3传送部204的ON状态、OFF状态。

第4传送部214将由第2电荷保持部213保持的电荷传送到FD205。对第4传送部214供给驱动脉冲pTX2,通过驱动脉冲pTX2切换第4传送部214的ON状态、OFF状态。各传送部能够由晶体管构成。

FD205是通过第3传送部204以及第4传送部214而被传送各电荷保持部的电荷的半导体区域。FD205将电荷保持预定期间。另外,FD205与放大晶体管207的栅极连接而构成放大晶体管207的输入节点的一部分。

放大晶体管207构成源极跟随器,对基于传送到FD205的电荷的信号进行放大,经由选择晶体管208输出到信号线207。

放大晶体管207的漏极与被供给电源电压VDD的电源布线连接。放大晶体管207的源极与选择晶体管208的漏极连接,选择晶体管208的源极与信号线107连接。

复位晶体管206对包括FD205的输入节点的电压进行复位。

对复位晶体管206的栅极供给驱动脉冲pRES。

通过驱动脉冲pRES成为H电平而成为ON状态,通过成为L电平而成为OFF状态。

选择晶体管208控制放大晶体管207和信号线107的电气导通,将针对1个信号线107设置有多个的像素100的信号,针对每1像素或者每多个像素输出到信号线107。对选择晶体管208的栅极供给驱动脉冲pSEL。

通过驱动脉冲pSEL成为H电平而成为ON状态,通过成为L电平而成为OFF状态。

也可以代替本实施例的结构,不设置选择晶体管208,而通过切换放大晶体管207的漏极或者放大晶体管207的栅极的电位,切换向信号线107的选择状态、非选择状态。

接下来,使用图3,说明由本实施例的摄像装置的光电变换部产生的电荷的传送、保持的时间上的变化以及信号被读出的情形。

在图中,将电荷保持部记载为MEM。这在以下的图中也是同样的。

以下,说明在多个像素行即矩阵状地配置的多个像素中,使光电变换部201中的电荷生成的开始一致,使从光电变换部201向各电荷保持部的电荷的传送一致的全局电子快门动作。

但是,还能够应用于在各像素行中依次进行光电变换部201的电荷积蓄的开始、和从光电变换部201向各电荷保持部的电荷的传送的滚动快门动作。

进而,在机械快门动作中也能够应用,在该情况下,在帧与帧之间(例如图3的第n帧与第n+1帧之间)具有非曝光期间。

它们在本实施例以外的实施例中也是同样的。

另外,以下的图以及说明中的帧是指,利用多个帧的图像对运动图像进行摄影时的与各帧对应的期间。

即,在例如1秒钟摄影60帧的图像的情况下,各帧成为1/60秒。在静止图像摄影的情况下,也同样地,成为将预定期间除以摄影图像的数量而得到的时间。

在例如1秒钟进行10画面的摄影的情况下,成为1/10秒。

另外,作为与各帧对应的期间的开始时刻和结束时刻,可以举出以下的例子。

第一个例子是如下情况:将光电变换部的复位被解除而光电变换部中的电荷积蓄成为可能的时刻设为开始时刻,结束时刻设为下一帧的光电变换部的复位被解除而光电变换部中的电荷积蓄成为可能的时刻。

例如,是后述图6等的动作。

第二个例子是如下情况:将前一帧的光电变换部的电荷的传送开始的时刻设为开始时刻,将结束时刻设为用于生成该帧的图像的电荷的传送开始的时刻。例如,是后述图3、8、10、12等的动作。

此外,也可以组合这些例的开始时刻和结束时刻。

这些是具体例子,但也可以进而在各实施例中使用溢出漏极(以下称为OFD),灵活地变更光电变换部的积蓄时间。

在这样的情况下,也可以在前一帧的光电变换部的电荷的传送完成时刻至光电变换部的复位被解除的时刻之间的任意的时间,设定开始时刻、结束时刻。

图3是概念性地示出由光电变换部产生的电荷和由电荷保持部保持的电荷以及它们的输出动作的图。

用箭头表示从光电变换部向第1电荷保持部传送的定时。

另外,用箭头表示从光电变换部向第2电荷保持部传送的定时。

在图3中,用实线表示用于生成第n帧的图像的动作,用虚线表示用于生成其以外的帧的图像的动作。

在本实施例中,主要说明与第n帧对应的动作。

在图3中,期间T0-T2是与第n帧的图像对应的期间,期间T2-T4是与第n+1帧的图像对应的期间。

在时刻T0,与第n帧对应的期间开始。在时刻T0中,由光电变换部201产生的电荷的积蓄开始。

此时,在第1电荷保持部203中保持有用于生成第n-1帧的图像的电荷(PDn-1(1)),在第2电荷保持部213中保持有用于生成第n-1帧的图像的电荷(PDn-1(2))。

然后,在期间T0-T1中,依次针对每行输出与在各像素行的像素的各电荷保持部中保持的电荷对应的信号。

在时刻T1中,将在期间T0-T1由光电变换部201产生的电荷PDn(1)在全部像素中一并地传送到第1电荷保持部203。

然后,在电荷传送结束的光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

在时刻T2中,将在期间T1-T2由光电变换部201产生的电荷PDn(2)在全部像素中一并地传送到第2电荷保持部213。

此外,该传送是在时刻T1传送的电荷PDn(1)由第1电荷保持部203保持的状态下进行的。

进而,在时刻T2中用于生成第n帧的图像的电荷的传送完成。

因此,在时刻T2中,与第n+1帧对应的期间开始,在光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

此外,在期间T2-T3中,将与在各电荷保持部中保持的电荷PDn(1)、PDn(2)对应的信号依次针对每行传送到FD205,输出到像素外。

即,本实施例的特征在于,在使在不同的期间在一个光电变换部中产生的电荷分别保持到二个电荷保持部之后,用FD205将分别保持在二个电荷保持部中的电荷相加。

在此,通过用FD205对在期间T0-T1由光电变换部产生的电荷和在期间T1-T2产生的电荷这两者进行加法,FD205能够不包含源极跟随器所引起的噪声而进行保持的电荷的加法,能够提高S/N比。

图4是本实施例的驱动脉冲图。在图4的驱动脉冲图中,在对第m行的像素100供给的驱动信号的末尾附加(m),在对第m+1行的像素100供给的驱动信号的末尾附加(m+1)而进行说明。

此外,在不特别区分行来说明时,在驱动脉冲名称的末尾不附加而进行说明。

另外,使用与图3所示的表示各时刻的符号相同的符号的部分表示同样的时刻。

在图4(a)中,在时刻T0,驱动脉冲pGS2成为L电平,第2传送部212成为OFF状态,由光电变换部201产生的电荷的积蓄开始。

在期间T0-T1中,积蓄在光电变换部201中产生的电荷。同时,进行用于生成第n-1帧的图像的信号的输出动作。

在时刻T21中,驱动脉冲pGS1成为H电平,第1传送部202成为ON状态,在时刻T1中,驱动脉冲pGS1成为L电平,第1传送部202成为OFF状态。

在期间T21-T1中,在期间T0-T1中在光电变换部201中产生的电荷PDn(1)被传送到第1电荷保持部203。

在时刻T22中,驱动脉冲pGS2成为H电平,第2传送部212成为ON状态,在时刻T2中,驱动脉冲pGS2成为L电平,第2传送部212成为OFF状态。

在期间T22-T2中,在期间T1-T2在光电变换部201中产生的电荷PDn(2)被传送到第2电荷保持部213。

通过以上,与第n帧对应的期间结束。

接着,在时刻T2,与第n+1帧对应的期间开始。

此外,在期间T2-T3中,由光电变换部201产生的电荷的积蓄开始,同时,进行用于生成第n帧的图像的信号的输出动作。

此外,在时刻T2进行与时刻T0对应的动作,在时刻T3进行与时刻T1对应的动作。

在本实施例中,设为期间T0-T1(ΔT1)和期间T1-T2(ΔT2)的期间相等。

使用图4(b),说明图4(a)的“Read(读取)”中的具体的输出动作(第1输出动作)。

在图4(b)中,在时刻T10对第m行的像素行的像素的选择晶体管208供给的驱动脉冲pSEL(m)成为H电平而选择晶体管208成为ON状态。

从时刻T10起,第m行的第1输出动作开始。此外,将选择晶体管208连续成为ON状态的行称为选择行。

接下来,在时刻T23,驱动脉冲pRES(m)成为H电平,复位晶体管206成为ON状态,在时刻T11,驱动脉冲pRES(m)成为L电平,复位晶体管206成为OFF状态。在期间T23-T11中,进行将在FD205中存在的电荷排出到电源Vdd的复位动作。

之后,在期间T11-T24中,由于复位动作产生的噪声信号被输出到图1的列电路105而保持(N读)。

在时刻T24,驱动脉冲pTX1(m)成为H电平,第3传送部204成为ON状态,在时刻T12,驱动脉冲pTX1(m)成为L电平,第3传送部204成为OFF状态。

在期间T24-T12中,在第1电荷保持部203中保持的用于生成第n帧的图像的电荷PDn(1)被传送到FD205。

之后,在期间T12-T25中,将与传送到FD205的电荷PDn(1)对应的信号通过放大晶体管207的源极跟随器动作放大,输出到列电路105而保持(S读)。

接着,在时刻T25,驱动脉冲pTX2(m)成为H电平,第4传送部214成为ON状态,在时刻T13,驱动脉冲pTX2(m)成为L电平,第4传送部214成为OFF状态。

在期间T25-T13中,在第2电荷保持部213中保持的用于生成第n帧的图像的电荷(PDn(2))被传送到FD205。

此外,在期间T12-T13中,FD205不被复位。

因此,在FD205中,保持对电荷PDn(1)和电荷PDn(2)进行加法而得到的电荷。

在期间T13-T14中,将与对传送到FD205的电荷PDn(1)和电荷PDn(2)进行加法而得到的电荷对应的信号通过放大晶体管207的源极跟随器动作放大,输出到列电路105而保持(L读)。

另外,在时刻T14,驱动脉冲pSEL(m)成为L电平,成为OFF状态。

由此,结束第m行的选择。

以后,针对每行,依次进行第1输出动作。

在本实施例中,将由第1电荷保持部203保持的电荷PDn(1)传送到FD205,将与电荷PDn(1)对应的信号输出到列电路105而保持。

之后,将由第2电荷保持部213保持的电荷PDn(2)传送到FD205,将与对电荷PDn(1)和电荷PDn(2)进行加法而得到的电荷对应的信号输出到列电路105而保持。

由此,关于光电变换部201的积蓄期间,能够得到针对期间ΔT1的电荷的信号和针对期间ΔT1的2倍的积蓄期间的电荷的信号。

此外,也可以使将第3传送部设为ON状态的期间的至少一部分和将第4传送部设为ON状态的期间的至少一部分重叠。

这在以下的实施例中也是同样的。

进而,通过将与期间ΔT1对应的信号作为针对短的积蓄期间(短秒积蓄期间)的电荷的信号,将进行加法而得到的信号作为针对长的积蓄期间(长秒积蓄期间)的电荷的信号,能够扩大动态范围。

另外,在列电路105中对与电荷PDn(1)对应的信号和与电荷PDn(2)对应的信号进行加法的情况下,与各个电荷对应的信号包含源极跟随器中的随机噪声,所以被加上随机噪声。

另一方面,在本实施例中,在FD205中电荷PDn(1)和电荷PDn(2)相加,所以能够减少随机噪声。

因此,能够提高低照度下的S/N比。

进而,在分别读出与第1电荷保持部203的电荷PDn(1)对应的信号、和与第2电荷保持部213的电荷PDn(2)对应的信号的情况下,需要在期间T12-T25中对FD205进行复位。

但是,在该情况下,在从第1电荷保持部203向FD205传送电荷之前进行的复位后的噪声信号、和在从第2电荷保持部213向FD205传送电荷之前进行的复位后的噪声信号与复位后的KTC噪声不相关。

因此,需要输出各个噪声信号。

另一方面,在本实施例中,在期间T12-T25中,无需对FD205进行复位。因此,噪声信号的读出为1次即可,所以能够缩短1行的输出期间,简化后级的电路中的信号处理。

在本实施例中,例示了针对一个光电变换部201配置2个电荷保持部的情况,但也可以针对一个光电变换部201配置3个以上的电荷保持部。

这在以下的实施例中也是同样的。

(实施例2)

使用图5~图7,说明本实施例的摄像装置。

本实施例和实施例1的差异在于,在第1电荷保持部中保持的电荷在光电变换部201中的电荷积蓄时间比在第2电荷保持部213中保持的电荷在光电变换部201中的电荷积蓄期间短。

即,在本实施例中,传送到一方的电荷保持部(第1电荷保持部)的电荷在一个光电变换部中积蓄的期间的长度比传送到另一方的电荷保持部(第2电荷保持部)的电荷在一个光电变换部中积蓄的期间的长度短。

以下,关注于与实施例1的差异来进行说明。

此外,在本实施例中,说明设置有对光电变换部的电荷进行复位的溢出漏极晶体管(以下称为OFD晶体管)的情况,但不设置也可以。

图5是在本实施例中使用的像素100的电路图。对OFD晶体管211的栅极供给驱动脉冲pOFD,控制ON状态、OFF状态。

通过使OFD晶体管211成为ON状态,排出强的光入射到光电变换部201时的不需要的电荷。

另外,能够通过OFD晶体管211控制光电变换部201的积蓄时间。

接着,使用图6,说明由本实施例的摄像装置的光电变换部产生的电荷的传送、保持的时间上的变化以及信号被读出的情形。

在实施例1中,光电变换部中的电荷的生成通过从光电变换部向各电荷保持部的电荷的传送来控制,但在本实施例中,能够与电荷的传送独立地,使用OFD晶体管211在任意的时刻控制光电变换部中的电荷生成期间的开始。

另外,在本实施例中,从光电变换部201传送到第1电荷保持部203的电荷的积蓄期间的长度、和从光电变换部201传送到第2电荷保持部213的电荷的积蓄期间的长度不同。

图6是概念性地示出由光电变换部产生的电荷和由电荷保持部保持的电荷以及它们的输出动作的图。

在图6中,期间T0-T3是与第n帧对应的期间,期间T3-T6是与第n+1帧对应的期间。

在时刻T0,OFD晶体管211从ON状态成为OFF状态,在光电变换部201中用于生成第n帧的图像的电荷的生成开始。

此时,在第1电荷保持部203中保持有用于生成第n-1帧的图像的电荷PDn-1(1),在第2电荷保持部213中保持有用于生成第n-1帧的图像的电荷PDn-1(2)。

在到时刻T1时,将在期间T0-T1在光电变换部201中产生的电荷PDn(1)在全部像素中一并地从光电变换部201传送到第1电荷保持部203,保持到第1电荷保持部203。

在到时刻T2时,将在期间T1-T2在光电变换部201中产生的电荷PDn(2)在全部像素中一并地从光电变换部201传送到第2电荷保持部213,保持到第2电荷保持部213。

该传送是在第1电荷保持部203中保持有电荷的状态下进行的。

在期间T2-T3中,通过使OFD晶体管211成为ON状态而将由光电变换部201产生的电荷排出到电源Vdd。

以后,将使OFD晶体管211成为ON而排出电荷的动作称为OFD动作。

在时刻T3中,在OFD动作结束时,与第n+1帧的图像对应的期间开始,在光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

在时刻T4中,将在期间T3-T4中积蓄的电荷PDn+1(1)在全部像素中一并地传送到第1电荷保持部203。

将与在期间T2-T4在各电荷保持部中保持的电荷PDn(1)、PDn(2)对应的信号依次针对每行输出到像素外。以上是本实施例的动作。

在本实施例的动作中,在第1电荷保持部203中保持在不同的期间由一个光电变换部产生的电荷的状态下,将由一个光电变换部产生的电荷向第2电荷保持部213传送的情形与实施例1相同。

不同的是,在1次传送动作中传送的电荷在光电变换部中积蓄的期间的长度。

具体而言,在1次传送动作中传送到第1电荷保持部203而保持的电荷在光电变换部中积蓄的期间比在1次传送动作中传送到第2电荷保持部213而保持的电荷在光电变换部中积蓄的期间短。

即,成为期间T0-T1(ΔT1)<期间T1-T2(ΔT2)的关系。

接着,图7是基于图6的驱动概念的驱动脉冲图。

如图7所示,在时刻T0,驱动脉冲pOFD从H电平成为L电平,在光电变换部201中产生的电荷向电源Vdd的排出结束,开始用于生成第n帧的图像的电荷的积蓄。

在时刻T26中,驱动脉冲pGS1成为H电平,第1传送部202成为ON状态,在时刻T1中,驱动脉冲pGS1成为L电平,第1传送部202成为OFF状态。

由此,在期间T0-T1中在光电变换部201中产生的电荷向第1电荷保持部203的全部像素一并的传送结束。

在时刻T1之后,驱动脉冲pGS1成为L电平时,在光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

接着,在时刻T27中,驱动脉冲pGS2成为H电平,第2传送部212成为ON状态,在时刻T2中,驱动脉冲pGS2成为L电平,第2传送部212成为OFF状态。

由此,在期间T1-T2中在光电变换部201中产生的电荷向第2电荷保持部213的全部像素一并的传送结束。

在时刻T2之后,驱动脉冲pGS2成为L电平时,在光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

然后,在时刻T28中,驱动脉冲pOFD成为H电平,OFD晶体管211成为ON状态,在时刻T3中,驱动脉冲pOFD成为L电平,OFD晶体管211成为OFF状态。

由此,在期间T2-T3在光电变换部201中产生的电荷被排出到电源Vdd。

此外,如上所述在期间T2-T4进行用于形成n帧的图像的信号的输出动作。

在此,期间Δ1和期间ΔT2成为1∶4的比,ΔT1相比于ΔT2,期间更短。

在以下的说明中,将期间ΔT1称为短秒积蓄期间,将期间ΔT2称为长秒积蓄期间。

在本实施例中,将与期间ΔT1的积蓄电荷对应的信号作为短秒信号,将与用FD205对期间ΔT1的积蓄电荷和期间ΔT2的积蓄电荷进行加法而得到的电荷对应的信号作为长秒信号。

另外,本实施例中的具体的输出动作是与图4(b)相同的第1输出动作,所以省略说明。

此外,在本实施例中进行输出动作时,首先,将保持在短秒积蓄期间中产生的电荷的第1电荷保持部203的电荷传送到FD205。

然后,将与传送到FD205的电荷PDn(1)对应的信号输出到列电路105而保持。

之后,将保持在长秒积蓄期间积蓄的电荷的第2电荷保持部213的电荷传送到FD205。

然后,将与对传送到FD205的电荷PDn(1)和电荷PDn(2)进行加法而得到的电荷对应的信号输出到列电路105而保持。

根据这样的结构,能够比实施例1进一步扩大动态范围。

接下来,说明相比于作为长的电荷积蓄期间的期间ΔT2的电荷,将作为短的电荷积蓄期间的期间ΔT1的电荷先传送到FD205的理由。

其原因为,在先将在作为长秒积蓄期间的期间ΔT2产生的电荷传送到FD205的情况下,有可能FD205饱和。

另一方面,在先将在作为短秒积蓄期间的期间ΔT1产生的电荷传送到FD205的情况下,饱和的可能性降低。

进而,在先将在期间ΔT2产生的电荷传送到FD205的情况下,为了取得在将在期间ΔT1产生的电荷传送到FD205的情况下得到的信号,需要在后级的电路中从与期间ΔT1+期间ΔT2的电荷对应的信号(L读)减去与期间ΔT2的电荷对应的信号(S读)。

在这样的情况下,除了与期间ΔT1的电荷对应的信号以外,还残留与期间ΔT1+期间ΔT2的信号对应的光散粒噪声的一部分。

因此,相比于仅输出与期间ΔT1的电荷对应的信号的情况,信号的噪声分量增大,使S/N比降低。

此外,关于传送到第1电荷保持部203的电荷和传送到第2电荷保持部213的电荷的比,例示了1∶4,但不限于此,只要是期间ΔT1比期间ΔT2短这样的条件下,就能够自由地选择。

进而,也可以成为使用3个以上的电荷保持部,例如保持长的积蓄期间、短的积蓄期间、中间的积蓄期间的电荷的结构。

这在以下的实施例中也是同样的。

(实施例3)

使用图8、图9,说明本实施例的摄像装置的驱动方法。

摄像装置的电路结构、像素电路以外的晶体管的动作与实施例1相同,所以说明省略。

本实施例和实施例2的不同点在于,在从光电变换部201向电荷保持部的电荷的传送中,先进行长秒积蓄期间的电荷的传送,之后进行短秒积蓄期间的电荷的传送。

即,本实施例的特征在于,具有在另一方的电荷保持部(第2电荷保持部)中保持长秒积蓄期间的电荷的状态下,向一方的电荷保持部(第1电荷保持部)传送短秒积蓄期间的电荷的动作。

在本实施例中,关注于与实施例2不同的部分而进行说明。

图8是示出本实施例的摄像装置的驱动方法的驱动概念图。

在时刻T0,与第n帧对应的期间开始。在时刻T0中,由光电变换部201产生的电荷的积蓄开始。

此时,在第2电荷保持部213中保持有用于生成第n-1帧的图像的电荷(PDn-1(1)),在第1电荷保持部203中保持有用于生成第n-1帧的图像的电荷(PDn-1(2))。

然后,在期间T0-T1中,依次针对每行输出与在各像素行的像素的各电荷保持部中保持的电荷对应的信号。

在时刻T1,将在期间T0-T1由光电变换部201产生的电荷PDn(1)在全部像素中一并地传送到第2电荷保持部213。

然后,在电荷传送结束的光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

在时刻T2,将在期间T1-T2由光电变换部201产生的电荷PDn(2)在全部像素中一并地传送到第1电荷保持部203。

此外,该传送是在时刻T1传送的电荷PDn(1)由第1电荷保持部203保持的状态下进行的。

进而,在时刻T2中,用于生成第n帧的图像的电荷的传送完成。

因此,在时刻T2中,与第n+1帧对应的期间开始,在光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

此外,期间T0-T1的长度比期间T1-T2的长度长。

在期间T2-T3中,依次针对每行向像素外输出与在各电荷保持部中保持的电荷PDn(1)、PDn(2)对应的信号。

接着,使用图9,说明用于实现上述驱动的实际的驱动脉冲的定时。

在图9的说明中,在时刻T0,驱动脉冲pGS1成为L电平,使第1传送部212成为OFF状态,光电变换部201开始与入射光对应的电荷的积蓄。

在期间T0-T1,在光电变换部201中积蓄电荷。同时,进行用于生成第n-1帧的图像的信号的输出动作。

在时刻T30中,驱动脉冲pGS2成为H电平,第2传送部212成为ON状态,在时刻T1中,驱动脉冲pGS2成为L电平,第2传送部212成为OFF状态。

在期间T30-T1,在期间T0-T1中在光电变换部201中产生的电荷PDn(1)被传送到第2电荷保持部213。

在时刻T31中驱动脉冲pGS1成为H电平,第1传送部202成为ON状态,在时刻T2中驱动脉冲pGS1成为L电平,第1传送部202成为OFF状态。

在期间T31-T2,在期间T1-T2在光电变换部201中产生的电荷PDn(2)被传送到第1电荷保持部203。

通过以上,与第n帧的图像对应的期间结束。

接着,进行与第n+1帧的图像对应的期间。

在期间T2-T3中,在光电变换部201中积蓄电荷。同时,进行用于生成第n帧的图像的信号的输出动作。

期间T0-T1(期间ΔT1)和期间T1-T2(期间ΔT2)的比成为4:1,期间ΔT2比期间ΔT1更短。

在以下的说明中,将期间ΔT2称为短秒积蓄期间,将期间ΔT1称为长秒积蓄期间。

另外,在本实施例中,在长秒积蓄期间在光电变换部201中积蓄的电荷向第2电荷保持部213的传送比在短秒积蓄期间在光电变换部201中积蓄的电荷向第1电荷保持部203的传送先进行。

此外,作为本实施例中的具体的输出动作,进行与图4(b)相同的第1输出动作。

在本实施例中,在进行第1输出动作时,也与实施例2同样地,最好在先将保持在短秒积蓄期间产生的电荷的第1电荷保持部203的电荷传送到FD205之后,将保持在长秒积蓄期间产生的电荷的第2电荷保持部213的电荷传送到FD205。

如本实施例,根据在将长秒积蓄期间的电荷传送到第1电荷保持部203之后,将短秒积蓄期间的电荷传送到第2电荷保持部213的结构,即使在进行全局电子快门动作时帧输出动作未高速化的情况下,也能够输出。以下,说明其理由。

在结束从电荷保持部向FD205的传送之前,进行从光电变换部201向电荷保持部的一并传送时,有可能与在电荷保持部中积蓄的电荷对应的积蓄时间未一致。

即,需要在进行从光电变换部201向电荷保持部的传送动作之前,结束用于生成前一帧的图像的信号的输出动作。

此时,在先进行短秒积蓄期间的电荷向第1电荷保持部203的传送时,必须结束从第1电荷保持部203向FD205的电荷的传送以及信号的输出动作。

因此,需要电荷传送速度以及信号的输出速度的至少一方的高速化。

另外,在无法提高电荷传送速度以及信号输出速度的至少一方的情况下,需要如实施例2设置OFD期间。在设置OFD期间时,帧率有可能降低。

另一方面,在进行从光电变换部201向电荷保持部的传送动作时先传送与长秒积蓄期间对应的电荷,从而在使与前一帧的图像对应的期间的输出期间、和与当前帧的图像对应的期间中的光电变换部的积蓄期间重叠时,产生时间上的富余。因此,即使不进行OFD期间的设置、电荷传送速度的高速化等,也能够实现电子快门动作。

另外,由于也可以不设置OFD期间,所以能够使与各帧的图像对应的期间的大部分成为光电变换部的积蓄期间,有可能使低照度时的S/N比变得良好。

另外,在本实施例中,在从电荷保持部向FD205的传送中,与短秒积蓄期间对应的电荷在先,所以也得到与实施例2同样的效果。

另外,关于长秒积蓄期间的信号和短秒积蓄期间的信号的比,例示了4∶1,但不限于此,只要长秒积蓄期间和短秒积蓄期间的长度不同,就能够自由地选择。

(实施例4)

使用图10、图11,说明本实施例的摄像装置的驱动方法。

图10是示出本实施例的摄像装置的驱动方法的驱动概念图。

本实施例在是滚动积蓄动作这一点与实施例3不同。

即,在本实施例中,在各像素行中依次开始光电变换部的电荷积蓄。

进而,本实施例在进行电荷保持部的复位动作这一点与实施例3不同。

即,本实施例的特征在于,具有如下动作:通过在向一方的电荷保持部(第1电荷保持部)传送电荷之前,使第3传送部和复位晶体管同时成为ON状态,从而对一方的电荷保持部进行复位。

在图10中,期间T0-T54是与第n帧的图像对应的期间,期间T5-T7是与第n+1帧的图像对应的期间。

在此,使用第1行的像素行和第2行的像素行进行说明。

此外,也可以在与第n帧的图像对应的期间中,从所有像素行的光电变换部201向电荷保持部的电荷传送结束之后,进行与第n+1帧的图像对应的期间。

与第n帧的图像对应的期间从时刻T0开始。在时刻T0,开始在第1行的光电变换部中产生的电荷的积蓄。在时刻T1,开始第2行的光电变换部的电荷的积蓄。

在到时刻T2时,在期间T0-T2在第1行的光电变换部201中产生的电荷PDn(1)被传送到第1行的第2电荷保持部213,保持到第1行的第2电荷保持部213。

在电荷的传送结束后,在第1行的光电变换部201中产生的电荷的积蓄开始。

接下来,在到时刻T3时,在期间T1-T3在第2行的光电变换部201中产生的电荷PDn(1)被传送到第2电荷保持部213,保持到第2电荷保持部213。

在电荷的传送结束后,第2行的光电变换部201开始在电荷中产生的电荷的积蓄。

在时刻T4中,在期间T2-T4在第1行的光电变换部201中产生的电荷PDn(2)被传送到第1电荷保持部203,保持到第1电荷保持部203。

之后,在第1行中在第2电荷保持部213中保持的电荷PDn(1)、和在第1电荷保持部203中保持的电荷PDn(2)被传送到FD205。

在电荷的传送结束后,第1行的光电变换部201开始用于生成第n+1帧的图像的电荷的积蓄。

在时刻T5中,在期间T3-T5在第2行的光电变换部201中积蓄的电荷PDn(2)被传送到第1电荷保持部203,保持到第1电荷保持部203。

之后,在第2行中在第2电荷保持部213中保持的电荷PDn(1)和在第1电荷保持部203中保持的电荷PDn(2)被传送到FD205。

在电荷的传送结束后,第2行的光电变换部201开始第n+1帧中的电荷的积蓄。

以后,按照行顺序进行从光电变换部201向第2电荷保持部213的积蓄电荷的传送、从光电变换部201向第1电荷保持部203的积蓄电荷的传送、以及从各电荷保持部向FD205的传送。

接着,图11是示出用于实现图10的动作的具体的驱动脉冲的一个例子的图,使用图11来说明摄像装置的动作。

在时刻T0至时刻T1的期间,进行用于生成第m行的第n-1帧的图像的信号的输出动作。在图11(b)中详细后述m行中的输出动作。

在时刻T55,驱动脉冲pGS1(m+1)成为H电平,使第1传送部202成为ON状态,在时刻T1,驱动脉冲pGS1(m+1)从H电平成为L电平,使第1传送部202成为OFF状态。

通过该动作,从第m+1行的光电变换部201向第1电荷保持部203传送生成第n-1帧的图像的电荷的传送结束。

在时刻T56,驱动脉冲pGS2(m)成为H电平,第2传送部212成为ON状态,在时刻T2,驱动脉冲pGS2(m)成为L电平,第2传送部212成为OFF状态。

通过该动作,在期间T0-T2在第m行的光电变换部201中产生的生成第n帧的图像的电荷被传送到第m行的第2电荷保持部213。

在时刻T57,驱动脉冲pGS2(m+1)成为H电平,第2传送部212成为ON状态,在时刻T3,驱动脉冲pGS2(m+1)成为L电平,第2传送部212成为OFF状态。

通过该动作,在期间T1-T3在第m行的光电变换部201中产生的生成第n帧的图像的电荷被传送到第m+1行的第2电荷保持部213。

在时刻T58,驱动脉冲pGS1(m)成为H电平,第1传送部202成为ON状态,在时刻T4,驱动脉冲pGS1(m)成为L电平,第1传送部202成为OFF状态。

通过该动作,在期间T2-T4在第m行的光电变换部201中积蓄的生成第n帧的图像的电荷被传送到第m行的第1电荷保持部203。

在时刻T59,驱动脉冲pGS1(m+1)成为H电平,第1传送部202成为ON状态,在时刻T5,驱动脉冲pGS1(m+1)成为L电平,第1传送部202成为OFF状态。

通过该动作,在期间T3-T5在第m+1行的光电变换部201中产生的生成第n帧的图像的电荷被传送到第m+1行的第1电荷保持部203。

在期间T4之后,进行第m行的输出动作。另外,在期间T5之后,进行第m+1行的输出动作。

另外,关于期间T0-T2(期间ΔTL)和期间T2-T4(期间ΔTS),相比于期间ΔTS,期间ΔTL更长,其比成为4∶1。

以下,期间ΔTL与长秒积蓄期间对应,期间ΔTS与短秒积蓄期间对应。

在本实施例中,被传送在短秒积蓄期间在光电变换部201中积蓄的电荷的电荷保持部在传送该电荷之前复位。

例如在第m行中,在时刻T4中在本实施例中从光电变换部201向第1电荷保持部203传送电荷之前,在期间T2-T4中对第m行的第1电荷保持部203进行复位。

此外,也可以对被传送在期间ΔTL在光电变换部201中积蓄的电荷的第2电荷保持部213,在被传送该电荷之前进行复位。

接着,使用图11(b),说明第m行和第m+1行的输出动作、以及第m+1行的电荷保持部的复位动作。

首先,说明第m行和第m+1行的输出动作。在第m行中,在期间T40-T46中,进行上述第1输出动作。

同样地,在第m+1行中,在期间T46-T60中进行上述第1输出动作。

接下来,说明第m+1行的第2电荷保持部213的复位动作。在时刻T42中,pRES(m+1)成为H电平,在时刻T44成为OFF状态。

由此,在期间T42-44中,复位晶体管成为ON状态。

在内包于期间T42-T44的期间T42-T43中,pTX1(m+1)成为H电平,在时刻T43,pTX1(m+1)成为L电平。

通过该动作,在第1电荷保持部203中保持的电荷被排出。此时保持的电荷是基于暗电流的电荷、基于遮光泄漏的电荷,通过使第2传送部212成为ON状态,从而与从光电变换部201传送的电荷不同。

然后,在时刻T44之后,在第m+1行中进行第1输出动作。

在图11(b)中,与实施例2同样地,在从电荷保持部向FD205的保持电荷的传送中,与短秒积蓄期间对应的电荷先传送。

因此,与实施例2同样地,得到防止FD205的饱和的效果、和提高与在短秒积蓄期间产生的电荷对应的信号的S/N比的效果。

另外,在图11(a)中,也可以与实施例3同样地,先将长秒积蓄期间的电荷从光电变换部201传送到第2电荷保持部213,之后将短秒积蓄期间的电荷从光电变换部201传送到第1电荷保持部203。

由此,在滚动快门动作时,能够在大致1行的读出期间内进行将短秒积蓄期间的电荷从光电变换部201到第1电荷保持部203的传送、和从第1电荷保持部203到FD205的传送。

如本实施例,通过在从光电变换部201向积蓄短秒积蓄期间的电荷的第1电荷保持部203传送电荷之前,进行第1电荷保持部203的复位动作,能够抑制由于遮光泄漏、暗电流等产生的不需要电荷的影响。

进而,遮光泄漏所致的影响在信号小的短秒积蓄期间的情况下显著,所以更有效,但在从光电变换部201向积蓄长秒积蓄期间的电荷的第2电荷保持部213传送电荷之前,进行第1电荷保持部203的复位动作,也得到同样的效果。

另外,本实施例的复位动作在实施例1~3中也能够抑制由于暗电流等产生的不需要电荷的影响。

(实施例5)

使用图12,说明本实施例的摄像装置的驱动方法。

除了像素以外的摄像装置的电路结构、像素电路以外的晶体管的动作与实施例3相同,所以省略说明。

图12是概念性地示出本实施例中的由光电变换部产生的电荷和由电荷保持部保持的电荷以及它们的输出动作的图。

本实施例和实施例3的不同点在于,在本实施例中,不对各电荷保持部进行复位而进行多次从光电变换部201向各电荷保持部的电荷传送。

在图12中,在与第n帧的图像对应的期间的时刻T0中,开始光电变换部201的电荷积蓄。

在时刻T2,将在期间T0-T2中由光电变换部201产生的电荷PD1(n)传送到第1电荷保持部203。在时刻T2之后,在光电变换部201中开始电荷的积蓄。

接着,在时刻T3中,将在期间T2-T3中由光电变换部201产生的电荷PD2(n)传送到第2电荷保持部213。

在时刻T3之后,在光电变换部201中开始电荷的积蓄。

在时刻T4中,将在期间T3-T4中由光电变换部201产生的电荷PD3(n)传送到第1电荷保持部203。

在时刻T4之后,在光电变换部201中开始电荷的积蓄。

在此,将把由光电变换部201积蓄的电荷传送到各电荷保持部的动作称为采样动作。

另外,期间T3-T4(设为期间ΔTL)比期间T2-T3(设为期间ΔTS)长。

同样地,期间T0-T2(设为期间ΔTLL)比期间ΔTS长。

以后,直至时刻T12为止反复进行期间ΔTL中的采样动作和期间ΔTS中的采样动作。

然后,在期间T12-T14中,进行第n+1帧的期间ΔTLL的采样动作。

在本实施例中,将长秒积蓄期间(期间ΔTL、期间ΔTLL)的采样进行6次,将短秒积蓄期间(ΔTS)的采样动作进行5次,长秒积蓄期间的采样动作和短秒积蓄期间的采样交替进行。

从时刻T12起,进行第n帧的输出动作。

此外,将直至1次的采样动作和接下来的采样动作的结束为止的期间称为采样周期,将帧间的采样动作的开始至采样动作的结束为止的期间称为采样期间。

说明本实施例的效果。采样周期和采样期间不同,从而能够针对光源的闪动现象应对宽幅的光源周期。

在图12中,用矩形波表示亮灭周期长的光源。

亮灭周期与帧周期大致相同。在短秒积蓄期间的采样期间短的情况下、例如将期间T9-T11作为采样期间的情况下,存在仅在例示的亮灭周期长的光源的熄灭期间进行采样动作,无法识别光源的点亮的可能性。

具体而言,在例如明亮的白天信号灯的红信号点亮的情况下,如果是短的曝光时间下的摄像,则有误检测为信号未点亮的可能性。

另外,由于光源亮灭的相位偏移,在动画中成为光源闪烁的影像,产生画质的降低。

相对于此,在本实施例中,将采样期间设为期间T2-T11。期间T2-T11的长度比1帧的期间T0-12的长度的1/2长。

由此,在期间T2-T4中,能够捕捉亮灭的光源的点亮状态。

即,即使在光源的相位偏移了的情况下,也能够可靠地捕捉光源的点亮状态。

在上述中,叙述了亮灭周期长的光源,但关于亮灭周期,能够应对至比短秒积蓄期间的采样期间的2倍小的周期的光源。

作为例子,在图12中,用矩形波表示亮灭周期短的光源。通过缩短采样周期,也能够应对光源周期短的光源。

作为亮灭的光源的例子,可以举出一般地使用商用电源的荧光灯的照明、信号灯等。

在商用电源的情况下,根据地域,频率为50Hz或60Hz各不相同。另外,在LED的光电公告板等中,还有频率针对每个种类不固定的情况,所以通过能够应对宽幅的光源的周期,能够针对各种被摄体降低闪动。

另外,使光源的闪烁和短时间的曝光的相位的关系相匹配的必要性变少,所以不需要检测光源的闪烁的点亮检测部。

另外,也可以使光源闪烁的相位和摄像装置的曝光的动作的相位不一致,所以电路结构变得简单。

其结果,实现廉价的摄像装置。

在本实施例中,在第1电荷保持部203中保持与长秒积蓄期间对应的信号电荷,在第2电荷保持部213中保持与短秒积蓄期间对应的电荷。

但是,积蓄时间的长短也可以相反。

本发明不限制于上述实施方式,能够不脱离本发明的精神以及范围而进行各种变更以及变形。因此,为了公开本发明的范围,添附以下的权利要求书。

本申请以在2015年12月4日提出的日本专利申请特愿2015-237866为基础并主张优先权,在此援用其记载的全部内容。

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