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技術 撮像装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 山本泰史
出願日 2018年9月21日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-176702
公開日 2020年3月26日 (11ヶ月経過) 公開番号 2020-048136
状態 未査定
技術分野 自動焦点調節 焦点調節 光信号から電気信号への変換
主要キーワード モーションカメラ 各制御パルス ストップモーション アップダウンスイッチ 随時蓄積 機能設定モード 一部回路 マイクロレンズ群
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

簡単かつ低コストな構成で、動画静止画をほぼ同時に撮影が可能で、且つ位相差式焦点検出が可能な撮像装置を提供することが困難だった。

解決手段

撮影光学系と、光電変換部と第1の信号保持部および第2の信号保持部とを有する画素部を2次元に複数配列した撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御手段と、複数の画像信号位相差を検出する位相差検出手段と、を備えた撮像装置において、前記制御手段は、前記光電変換部で発生した電荷を前記第1の信号保持部に転送する第1の転送期間と、前記光電変換部で発生した電気を前記第2の信号保持部に転送する第2の転送期間とが重なるよう転送し、前記位相差検出手段は、前記第1の信号保持部に転送された第1の画像信号と、前記第2の信号保持部に転送された第2の画像信号との位相差を検出し、該位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点合わせを行う、ことを特徴とする。

概要

背景

動画静止画同時撮影を一台のカメラで行うことが出来ると、撮影シーンを動画として視聴するとともに、その動画の中の決定的なシーンを静止画としても楽しむことが出来るので、撮影された映像の価値を大きく高めることが出来る。

ところで一般に、再生された動画に一種コマ送り的なパラパラ感があると品位が大きく失われてしまう。こういったパラパラ感が出ないようにするためには、一連の撮影において1フレーム期間に近い蓄積時間を設定する必要がある。すなわち、フレームレートが30fpsであれば、1/30秒とか1/60秒といった比較的長い露光時間が適切となる。

一方、静止画においては一瞬を写し止めた鮮鋭さが求められるので、ストップモーション効果を得るためには、例えば、1/1000秒程度の短い露光時間を設定する必要がある。

単一の撮影レンズを通して動画と静止画といった2つの映像を同時に撮影するということは、それらの撮影で使用される絞り値は同一ということである。したがって、動画用撮像素子静止画用の撮像素子を2つ搭載した撮像装置や、1つの撮像素子に動画用と静止画用の異なる光電変換部を設けたものが従来から提案されている。

特許文献1の撮像装置は、光電変換部により変換された電荷を蓄積部に複数回転送し、複数回転送された電荷をまとめて蓄積することで、露光時間、露光量などの条件を高速かつ自在に変化させることができる。この件を応用して、1フレーム期間において、短い蓄積期間を1フレーム期間に均等に分散させ、複数回まとめて蓄積することで動画を得る。一方、上記短い蓄積期間の間の時間を利用して、所定の蓄積期間を行うことで静止画を得る。このとき、電荷を蓄積するための信号保持部を動画用と静止画用で2つ設ける。さらには、動画の複数回の短い蓄積時間による信号電荷の量と、静止画の所定の蓄積期間による信号電荷の量とを揃えるように蓄積期間を制御する。そうすると、単一の撮像レンズ、撮像素子でも動画と静止画の画像をほぼ同時に撮影することが可能な撮像装置を実現できる。

また、単一の撮像レンズ、撮像素子で異なる画像信号を得る他の技術として、1対の光電変換部を2次元的に配列したマイクロレンズアレイ毎に設け、このマイクロレンズによって、1対の光電変換部よりなる画素部を撮像光学系の瞳に投影することで瞳を分離し、位相差式焦点検出を行う方法が知られている。特許文献2には、分割した2つの光電変換部について感度重複する領域を設け、位相差検出を行う信号をデフォーカス量によらず相似系として検出精度を向上する技術が提案されている。

概要

簡単かつ低コストな構成で、動画と静止画をほぼ同時に撮影が可能で、且つ位相差式の焦点検出が可能な撮像装置を提供することが困難だった。撮影光学系と、光電変換部と第1の信号保持部および第2の信号保持部とを有する画素部を2次元に複数配列した撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御手段と、複数の画像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、を備えた撮像装置において、前記制御手段は、前記光電変換部で発生した電荷を前記第1の信号保持部に転送する第1の転送期間と、前記光電変換部で発生した電気を前記第2の信号保持部に転送する第2の転送期間とが重なるよう転送し、前記位相差検出手段は、前記第1の信号保持部に転送された第1の画像信号と、前記第2の信号保持部に転送された第2の画像信号との位相差を検出し、該位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点合わせを行う、ことを特徴とする。

目的

本発明の目的は、簡単かつ低コストな構成で、動画と静止画をほぼ同時に撮影が可能で、且つ位相差式の焦点検出が可能な撮像装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

撮影光学系と、光電変換部と第1の信号保持部および第2の信号保持部とを有する画素部を2次元に複数配列した撮像素子と、前記撮像素子を制御する制御手段と、複数の画像信号位相差を検出する位相差検出手段と、を備えた撮像装置において、前記制御手段は、前記光電変換部で発生した電荷を前記第1の信号保持部に転送する第1の転送期間と、前記光電変換部で発生した電気を前記第2の信号保持部に転送する第2の転送期間とが重なるよう転送し、前記位相差検出手段は、前記第1の信号保持部に転送された第1の画像信号と、前記第2の信号保持部に転送された第2の画像信号との位相差を検出し、該位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点合わせを行う、ことを特徴とする撮像装置。

請求項2

前記画素部は、前記光電変換部から前記第1の信号保持部へと電荷を転送する第1の転送部と、前記光電変換部から前記第2の信号保持部へと電荷を転送する第2の転送部と、を備え前記第1の転送部と前記第2の転送部とが、前記光電変換部を挟んで対向する位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。

請求項3

前記画素部は、前記第1の信号保持部および前記第2の信号保持部より優先的に電荷が転送される電荷リセット部を備え、前記第1の信号保持部および前記第2の信号保持部への電荷の転送は、前記電荷リセット部への電荷の転送を、転送から非転送へと切り替えることで開始される、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。

請求項4

前記画素部は、前記第1の信号保持部および前記第2の信号保持部への電荷の転送と非転送を同時に切り替え可能な第3の転送部を備えること、を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。

技術分野

0001

本発明は、撮像素子から蓄積期間の異なる複数の映像を出力する撮像装置に関する。

背景技術

0002

動画静止画同時撮影を一台のカメラで行うことが出来ると、撮影シーンを動画として視聴するとともに、その動画の中の決定的なシーンを静止画としても楽しむことが出来るので、撮影された映像の価値を大きく高めることが出来る。

0003

ところで一般に、再生された動画に一種コマ送り的なパラパラ感があると品位が大きく失われてしまう。こういったパラパラ感が出ないようにするためには、一連の撮影において1フレーム期間に近い蓄積時間を設定する必要がある。すなわち、フレームレートが30fpsであれば、1/30秒とか1/60秒といった比較的長い露光時間が適切となる。

0004

一方、静止画においては一瞬を写し止めた鮮鋭さが求められるので、ストップモーション効果を得るためには、例えば、1/1000秒程度の短い露光時間を設定する必要がある。

0005

単一の撮影レンズを通して動画と静止画といった2つの映像を同時に撮影するということは、それらの撮影で使用される絞り値は同一ということである。したがって、動画用の撮像素子と静止画用の撮像素子を2つ搭載した撮像装置や、1つの撮像素子に動画用と静止画用の異なる光電変換部を設けたものが従来から提案されている。

0006

特許文献1の撮像装置は、光電変換部により変換された電荷を蓄積部に複数回転送し、複数回転送された電荷をまとめて蓄積することで、露光時間、露光量などの条件を高速かつ自在に変化させることができる。この件を応用して、1フレーム期間において、短い蓄積期間を1フレーム期間に均等に分散させ、複数回まとめて蓄積することで動画を得る。一方、上記短い蓄積期間の間の時間を利用して、所定の蓄積期間を行うことで静止画を得る。このとき、電荷を蓄積するための信号保持部を動画用と静止画用で2つ設ける。さらには、動画の複数回の短い蓄積時間による信号電荷の量と、静止画の所定の蓄積期間による信号電荷の量とを揃えるように蓄積期間を制御する。そうすると、単一の撮像レンズ、撮像素子でも動画と静止画の画像をほぼ同時に撮影することが可能な撮像装置を実現できる。

0007

また、単一の撮像レンズ、撮像素子で異なる画像信号を得る他の技術として、1対の光電変換部を2次元的に配列したマイクロレンズアレイ毎に設け、このマイクロレンズによって、1対の光電変換部よりなる画素部を撮像光学系の瞳に投影することで瞳を分離し、位相差式焦点検出を行う方法が知られている。特許文献2には、分割した2つの光電変換部について感度重複する領域を設け、位相差検出を行う信号をデフォーカス量によらず相似系として検出精度を向上する技術が提案されている。

先行技術

0008

特開2010−157893号公報
特許第4500434号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、特許文献1および特許文献2の2つの技術を両立しようとすると撮像素子構造が複雑になってしまう。2次元的に配置されたマイクロレンズの1つに対し、2つの光電変換部が必要であり、そのそれぞれの光電変換部に電荷を蓄積する信号保持部が2つ必要となる。結果、1つのマイクロレンズ毎に2つの光電変換部、4つの信号保持部が必要となってしまう。

0010

以上から、本発明の目的は、簡単かつ低コストな構成で、動画と静止画をほぼ同時に撮影が可能で、且つ位相差式の焦点検出が可能な撮像装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は
撮影光学系と、
光電変換部と第1の信号保持部および第2の信号保持部とを有する画素部を2次元に複数配列した撮像素子と、
前記撮像素子を制御する制御手段と、
複数の画像信号の位相差を検出する位相差検出手段と、
を備えた撮像装置において、
前記制御手段は、
前記光電変換部で発生した電荷を前記第1の信号保持部に転送する第1の転送期間と、前記光電変換部で発生した電気を前記第2の信号保持部に転送する第2の転送期間とが重なるよう転送し、
前記位相差検出手段は、前記第1の信号保持部に転送された第1の画像信号と、前記第2の信号保持部に転送された第2の画像信号との位相差を検出し、
該位相差に基づいて前記撮影光学系の焦点合わせを行う、ことを特徴としている。

発明の効果

0012

本発明によれば、簡単かつ低コストな構成で、動画と静止画をほぼ同時に撮影が可能で、且つ位相差式の焦点検出が可能な撮像装置の提供を実現できる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の実施形態における撮像装置の外観図である。
本発明の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
本発明の撮像素子の一部回路図である。
本発明の撮像素子のマイクロレンズ構造である。
本発明の撮像画素を撮像光学系側からみた物理的な配置の概念図である。
本発明のフォトダイオードからの信号転送のタイミングを説明する図である。
本発明の実施例2における撮像素子の画素のポテンシャルの概念図である。
本発明の実施例2におけるフォトダイオードからの信号転送のタイミングを説明する図である。
本発明の実施例3における撮像素子の一部回路図である。

0014

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

0015

映像処理装置撮像のための撮影光学系等を加えた撮像装置を本発明の好適な実施の形態として以下に説明する。

0016

図1(a)、(b)は本発明の実施の形態における撮像装置として、デジタルスチルモーションカメラの外観図であり。図1(a)は撮像装置の正面図、図1(b)は撮像装置の背面図である。同図において、151は内部に撮像素子やシャッター装置収納した撮像装置本体、152は内部に絞りを有した撮影光学系、153は撮影情報や映像を表示するための可動式表示部、154は主に静止画の撮影を行うために使用するスイッチST、155は動画撮影を開始および停止するための釦であるスイッチMVである。表示部153はダイナミックレンジの広い映像もその輝度範囲を抑制することなく表示できるだけの表示輝度範囲を有している。156は撮影モードを選択するための撮影モード選択レバー、157は撮像装置の機能設定を行う機能設定モード移行するためのメニュー釦、158および159は各種の設定値を変更するためのアップダウンスイッチ、160は各種の設定値を変更するためのダイアル、161は撮像装置本体内に収納されている記録媒体に記録されている映像を表示部153上で再生する再生モードへ移行するための再生ボタン、162は空中からの撮影を行うために撮像装置を空中に浮上させるためのプロペラである。

0017

図2は本発明の撮像装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、184は撮影光学系152を介して結像された被写体の光学像を電気的な映像信号に変換する撮像素子、152は被写体の光学像を撮像素子184に結像させる撮影光学系、180は撮影光学系152の光軸、181は撮影光学系152を通る光の量を調節するための絞りであり、絞り制御部182により制御される。183は撮像素子184に入射する光の波長、および、撮像素子184に伝達する空間周波数を制限する光学フィルターである。撮像素子184はUltra High Definition Televisionの規格を満たすに十分な画素数信号読み出し速度、色域、ダイナミックレンジを有している。
187は、撮像素子184より出力されたデジタル映像データに各種の補正を行った後に、映像データを圧縮するデジタル信号処理部である。189は撮像素子184、デジタル信号処理部187に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、178は各種演算とデジタルスチルモーションカメラ全体を制御するシステム制御CPUである。タイミング発生部189及びシステム制御CPU178は、本発明の制御手段に対応する。また、デジタル信号処理部187、システム制御CPU178は、本発明の位相差検出手段に対応する。

0018

190は映像データを一時的に記憶するための映像メモリ、191は撮影された映像を表示するための表示インターフェース部、153は液晶ディスプレイ等の表示部である。193は映像データや付加データ等を記録するための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、192は記録媒体193に記録または読み出しを行うための記録インターフェース部、196は外部コンピュータ197等と通信するための外部インターフェース部である。195は小型インクジェットプリンタ等のプリンタ、194は撮影された映像をプリンタ195に出力し印刷するためのプリントインターフェース部である。199はインターネットなどのコンピュータネットワーク、198はネットワーク199と通信するための無線インターフェース部である。179はスイッチST154やスイッチMV155や各種モードの切り替えを行う複数のスイッチを含むスイッチ入力手段である。200は空中からの撮影を行うための飛行制御装置である。

0019

図3は撮像素子184の一部回路図である。同図において、撮像素子184の多数の本発明の画素部であるところの画素要素のうち、1行1列目(1,1)の画素要素と最終行であるm行1列目(m、1)の画素要素を示している。1行1列目(1,1)の画素要素とm行1列目(m、1)の画素要素の構成は同じなので、構成要素は同じ番号で付番している。

0020

本発明の撮像素子184の1つの画素要素は、1つのフォトダイオード500に対して2つの信号保持部507A、507Bを有していることを特徴とする。信号保持部を有する撮像素子184の基本構造は、本出願人により特開2013−172210号公報にて開示されているので説明は省略する。

0021

図3回路図において、1つの画素要素は、フォトダイオード500と、第1の転送トランジスタ501Aと、第1の信号保持部507Aと、第2の転送トランジスタ502Aと、第3の転送トランジスタ501Bと、第2の信号保持部507Bと、第4の転送トランジスタ502Bとを有する。さらに1つの画素要素は、第5の転送トランジスタ503と、フローティングディフュージョン領域508と、リセットトランジスタ504と、増幅トランジスタ505と、選択トランジスタ506とを有している。ここで、第1の転送トランジスタ501Aは本発明の構成要素である第1の転送部に、第3の転送トランジスタ501Bは第2の転送部に、それぞれ対応している。

0022

また、第1の転送トランジスタ501Aは転送パルスφTX1Aにて制御され、第2の転送トランジスタ502Aは転送パルスφTX2Aにて制御される。また、第3の転送トランジスタ501Bは転送パルスφTX1Bにて制御され、第4の転送トランジスタ502Bは転送パルスφTX2Bにて制御される。また、リセットトランジスタ504はリセットパルスφRESで制御され、選択トランジスタ506は選択パルスφSELで制御される。さらに第5の転送トランジスタ503は転送パルスφTX3にて制御される。ここで各制御パルスは、不図示の垂直走査回路から送出される。

0023

さらに520、521は電源線で、523は信号出力線である。電源線521は本発明の電荷リセット部に対応している。

0024

本発明の撮像装置を構成する撮像素子184は、1つのフォトダイオード500に対して2つの信号保持部507A、507Bを有しているため、第1の画像(例えば静止画)と第2の画像(例えば動画)とを同時に撮影することが可能となっている。これにより、S/Nの低下を伴わずに蓄積期間の異なる二つの画像を読み出すことも可能である。

0025

図4に示すのは撮像素子184のマイクロレンズ構造である。撮像素子184は光電変換部である複数のフォトダイオード500から成る撮像画素群と、その上面に配置されるマイクロレンズ群601により構成される。図4(b)に示すのは1つのフォトダイオード500に着目した時の、フォトダイオード500およびマイクロレンズ601の拡大図である。1つのフォトダイオード500に対して、その上面を1つのマイクロレンズ601が覆う構造になっている。図4(c)は前述の構造を撮像光学系153含めて斜視図で示したものである。602は撮像光学系153の有する光学瞳を示している。フォトダイオード500は、マイクロレンズ601により、光学瞳602に対して共役な関係となっている。そして、フォトダイオード500の左右の異なる領域500L、500Rに着目すると、光学瞳602の異なる領域601L、601Rを通過する光束が導かれるように対応付けられている。そのため、もし仮に、領域500L、500Rで光電変換される画像をそれぞれ個別に取得することが出来れば、光学瞳602を分割したいわゆる位相式での合焦検出が可能な2つの画像信号を取得することができる(位相差式の合焦検出方法は公知の技術であるため、説明は省略する)。

0026

しかしながら、本件の撮像素子184では、フォトダイオード500が1つのマイクロレンズ601に対して複数に分割されていない前述の撮像素子184のような簡素な構造をとっている。そのため、そのままでは光学瞳602を分割した領域に対応した、フォトダイオード500の個別領域の画像を取得することが出来ない。本発明では、簡素な撮像素子184の構造でありながら、位相差式の合焦検出に必要な瞳を分割した信号を、撮像面での瞳分割により取得する方法を提案する。

0027

図5は、本発明の撮像画素184を撮像光学系153側からみた物理的な配置の概念図を示している。図2で示した前述の回路と同じ構成であり、500はフォトダイオード、501Aは第1の転送トランジスタ、507Aは第1の信号保持部、502Aは第2の転送トランジスタ、501Bは第3の転送トランジスタ、507Bは第2の信号保持部、502Bは第4の転送トランジスタ、508はフローティングディフュージョン領域、503は第5の転送トランジスタ、521は電源線、それぞれ示している(前述のとおり、第1の転送トランジスタ501Aが本発明の構成要素である第1の転送部に、第3の転送トランジスタ501Bが第2の転送部に、それぞれ対応している)。図5(b)に示す603は付図示の配線層などによりマスクされる領域を示しており、フォトダイオード500のみに光束が導かれ、限定された領域で光電変換がされる配置になっている。また、フォトダイオード500の信号をそれぞれの信号保持部507へと転送する、第1の転送トランジスタ501Aおよび第3の転送トランジスタ502Bは、フォトダイオード500を挟んで対抗する位置に配置されている。

0028

上記の配置において、本件では第1の転送トランジスタ501Aおよび第3の転送トランジスタ502Bでの信号の転送を、それぞれの転送期間が重なるように行う。ここで、フォトダイオード500から保持部への信号の転送のし易さは、フォトダイオード500上の位置と、転送トランジスタとの物理的な距離に依存する。つまり、転送トランジスタとの距離が近いほど転送されやすく、転送トランジスタとの距離が遠いほど転送されにくい。よって、本件のように対向して位置する第1の転送トランジスタ501Aおよび第3の転送トランジスタ502Bの転送を理想的に同時に行えば、それぞれの転送トランジスタに近い領域の電荷を分離して転送することができる。604Aおよび604Bに示すのは、第1の転送トランジスタ501Aおよび第3の転送トランジスタ502Bに転送される領域を概念で示しており、フォトダイオード500上の領域が分割され、第1の信号保持部507Aと第2の信号保持部507Bに別々に転送される。

0029

なお、本件において必須となる配置は、フォトダイオード500の対向する位置に信号保持部507と、信号保持部507に電荷を転送する転送トランジスタ501Aおよび501Bが位置することである。この関係を保ては信号保持部507と対応する転送トランジスタ501の対の数が2対である必要はなく、4対や8対など任意の数でよい。また、必須以外の構成である、フローティングディフュージョン領域508、電源線521、の配置は限定されるものではない。図5はあくまで概念図であり、物理的な大小関係を限定するものではない。

0030

図6は、本発明のフォトダイオード500からの信号転送のタイミングを示している。

0031

まず時刻t1において、転送パルスφTX3がオンとなり、短期間でオフへと戻る。これにより、フォトダイオード500に蓄積された電荷が信号線521へと転送され、フォトダイオード500の蓄積電荷リセットされる。その後、時刻t2において、転送パルスφTX1AおよびφTX1Bが同時にオンとなり、第1の転送トランジスタ501Aおよび第3の転送トランジスタ501Bにより、第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bへの電荷の転送が同時に開始される。そして、時刻t3までオン状態が維持され、時刻t3において転送パルスφTX1AおよびφTX1Bが同時にオフとなり、第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bへの電荷の転送が同時に終了される。このように、第1の信号保持部507Aへと電荷を転送する第1の転送期間701Aと、第2の信号保持部507Bへと電荷を転送する第2の転送期間701Bと、が重なるように転送を行う。

0032

本発明では、上記のようにして取得した領域が第1の信号保持部507Aの信号および第2の信号保持部507Bの信号を用いて、位相差を検出し、位相差に基づいて撮像光学系152の焦点合わせを行う。

0033

以上の方法により、本件では簡単かつ低コストな構成で、動画と静止画をほぼ同時に撮影が可能で、且つ位相差式の焦点検出が可能な撮像装置を提供する。

0034

図7を用いて、本発明の実施例2における、電荷の転送について説明する。

0035

図7は撮像素子184の画素のポテンシャルの概念図である。ここでは、第1の転送トランジスタ501Aと第3の転送トランジスタ501Bの2つの転送を理想的に同時のタイミングに近づけるための、転送工夫について説明する。その際、ポテンシャル関係のみを議論し、物理的な配置は図5とは異なる概念図としている。(a)〜(f)は転送を行う際の時間ステップを示しており、(f)側が時間的に後になっている。

0036

図7(a)において、すべての転送トランジスタ(第1から第5の転送トランジスタ501A、501B、502A、502B、503)はオフにされ、フォトダイオード500に信号が蓄積されている。

0037

この状態から図7(b)に示すように、第5の転送トランジスタがオンにされる。すると、第5の転送トランジスタ503のポテンシャル障壁が低くなり、フォトダイオード500に蓄積されていた蓄積電荷が電源線521へと転送され、フォトダイオード500に蓄積されていた電荷はリセットされる。この時、フォトダイオード500へは常に光束が導かれるため、電荷は常に蓄積されるが、蓄積される電荷が随時電源線521へと転送されるため、フォトダイオード500には電荷が蓄積されない。

0038

次に、図7(c)に示すように、第1および第3の転送トランジスタ501A、501Bがオンにされる。この時、第1および第3の転送トランジスタ501A、501Bのポテンシャル障壁は低くなるが、信号保持部507と電源線521とでは相対的に電源線521の方がポテンシャルが大きいため、電源線521への電荷の転送が支配的となる。そのため、第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bには電荷はほとんど転送されない。

0039

次に、図7(d)に示すように、第5の転送トランジスタ503がオフにされる。これにより、転送トランジスタ503のポテンシャル障壁が高くなり、電源線521へは電荷が伝送されなくなる。そのため、フォトダイオード500に蓄積される電荷は第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bへと転送されるようになる。この時、第5の転送トランジスタがオフにされるタイミングで、第1および第2の信号保持部への蓄積電荷の転送が共通して開始されため、理想的にフォトダイオード500からの転送タイミングを揃えることができる。

0040

図7(e)に示すのは、蓄積電荷の転送が進んだ状態を示している。フォトダイオード500の電荷蓄積と、信号保持部507への電荷蓄積はほぼ並行して行われる。

0041

次に、図7(f)に示すように第1の転送トランジスタ501Aおよび第3の転送トランジスタ501Bがオフにされる。第1および第3の転送トランジスタ501のポテンシャル障壁が高くなり、信号保持部507A、507Bへの転送が停止される。この状態において、信号保持部507に転送された電荷と、フォトダイオード500で随時蓄積される電荷とでは、信号保持部507に蓄積された電荷の方が十分に多いため、第1の転送トランジスタ501Aと第3の転送トランジスタ501Bの転送停止のタイミングが多少ばらついたとしても、それぞれの転送トランジスタ501の転送への影響はさほど大きくない。

0042

このようにして信号保持部507へと信号を転送した後に、第2の転送トランジスタ502A、および第4の転送トランジスタ502Bの転送を個別に制御し、フローティングディフュージョン508への転送を個別に信号を読みだす。

0043

図8は、本発明の実施例2のフォトダイオード500からの信号転送のタイミングを示している。

0044

まず時刻t1において、転送パルスφTX3がオンとなる。本実施例ではこのφTX3がオフの状態が維持される。そして、時刻t2において、転送パルスφTX1AおよびφTX1Bが同時にオンとなる。この時点において、第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bに電荷の転送がほとんどされないのは前述したとおりである。次に、時刻t3において、転送パルスφTX3がオフとなる。これにより、第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bへの電荷の転送が同時に開始される。そして、時刻t4までオン状態が維持され、時刻t4において転送パルスφTX1AおよびφTX1Bが同時にオフとなり、第1の信号保持部507Aおよび第2の信号保持部507Bへの電荷の転送が同時に終了される。このように、第1の信号保持部507Aへと電荷を転送する第1の転送期間702Aと、第2の信号保持部507Bへと電荷を転送する第2の転送期間702Bと、が重なるように転送を行う。

0045

以上のように、転送トランジスタ501、502、503のオン/オフの順番を調整することで、信号保持部507A、信号保持部507B、への信号のタイミングを理想に近い状態でそろえることができる。

0046

図9は本件の実施例3の回路図を示している。本実施例の回路図の構成と取ることで、第1の信号保持部と第2の信号保持部への転送タイミングをより揃えることができる。また、図9の説明では、実施例1の回路図3との差分のを説明する。

0047

図9の回路図においては、転送トランジスタ501A、転送トランジスタ501Bのそれぞれの後段に第6の転送トランジスタ509A、第7の転送トランジスタ509Bが配置される。ここで、第6の転送トランジスタ509Aおよび第7の転送トランジスタ509Bは、本発明の第3の転送部に対応している。また、第6の転送トランジスタ509Aおよび第7の転送トランジスタ509Bは共通の転送パルスφTX4にて制御される。

実施例

0048

このような回路構成とすることで、第1の転送トランジスタ501Aおよび第2の転送トランジスタ501Bで個別に転送を行うのではなく、第6の転送トランジスタ509A、第7の転送トランジスタ509Bへの共通の転送パルスφTX4にて、第1の信号保持部および第2の信号保持部への電荷の転送と非転送を同時に切り替えることができる。

0049

152撮影光学系、500光電変換部、507A 第1の信号保持部、
507B 第2の信号保持部、184撮像素子、189・178 制御手段、
187・178位相差検出手段

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