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公開番号2025076108
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2023187848
出願日2023-11-01
発明の名称撮像素子及び撮像装置
出願人株式会社シグマ
代理人
主分類H04N 25/77 20230101AFI20250508BHJP(電気通信技術)
要約【課題】1画素に複数の光電変換層を積層して備える画素を有する撮像素子において、信号の高速読み出しを可能な撮像素子を提供する。
【解決手段】複数の画素を含む画素アレイと、画素アレイから信号を読み出す指示を実行可能な読み出し制御部を備える撮像素子であって、画素は、複数の光電変換層を積層して備える光電変換部と、1つの電荷保持部と、光電変換層から電荷保持部へ電荷を転送する光電変換層と同じ数の電荷転送部を備え、読み出し制御部は、通常読み出しモードと高速読み出しモードを含む読み出し方法を実行可能であり、読み出し制御部は、通常読み出しモードにおいて、光電変換層に対応する電荷転送部の各々に対して光電変換層から電荷転送部へ電荷を転送する指示を行い、高速読み出しモードにおいて、2つ以上の電荷転送部に対して同時に光電変換層から電荷保持部へ電荷を転送する指示を行うことを特徴とする。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
複数の画素を含む画素アレイと、前記画素アレイから信号を読み出す指示を実行可能な読み出し制御部を備える撮像素子であって、
前記画素は、複数の光電変換層を積層して備える光電変換部と、１つの電荷保持部と、前記光電変換層から前記電荷保持部へ電荷を転送する前記光電変換層と同じ数の電荷転送部を備え、
前記読み出し制御部は、通常読み出しモードと高速読み出しモードを含む読み出し方法を実行可能であり、
前記読み出し制御部は、前記通常読み出しモードにおいて、前記光電変換層に対応する前記電荷転送部の各々に対して前記光電変換層から前記電荷転送部へ電荷を転送する指示を行い、前記高速読み出しモードにおいて、２つ以上の前記電荷転送部に対して同時に前記光電変換層から前記電荷保持部へ電荷を転送する指示を行うことを特徴とする撮像素子。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記画素アレイは、焦点検出用画素を含み、
前記読み出し制御部は、前記焦点検出用画素に対して、前記高速読み出しモードを実行することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記光電変換部が備える複数の光電変換層は、光電変換波長域がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記画素は、付加容量部と、前記電荷保持部と前記付加容量部との接続を切り替えるスイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記光電変換部が備える複数の光電変換層は３つの層からなり、
前記高速読み出しモードにおいて、３つの前記電荷転送部に対して同時に前記光電変換層から前記電荷保持部へ電荷を転送する指示を行うことを特徴とする請求項１乃至４に記載の撮像素子。
【請求項６】
請求項１乃至４に記載の撮像素子を備える撮像装置であって、
前記画素アレイは、表示用画素を含み、
前記撮像装置がモノクロ撮影モードである場合、前記読み出し制御部は、前記表示用画素に対して、前記高速読み出しモードを実行することを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至４に記載の撮像素子を備える撮像装置であって、
読み出しモード制御部と、前記撮像素子が出力する画像信号から前記光電変換部が備える複数の光電変換層が出力する信号値を評価する画素信号評価部を備え、
前記読み出しモード制御部は、前記読み出し制御部に対して、前記画素信号評価部の評価に基づいて前記通常読み出しモードか前記高速読み出しモードを実行させることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記画素信号評価部は、前記電荷保持部の静電容量によって設定される閾値と前記光電変換部が備える複数の光電変換層が出力する信号値とを比較することで評価を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記画素信号評価部は、焦点検出を実行するために必要となる輝度信号値によって設定される閾値と前記光電変換部が備える複数の光電変換層が出力する信号値とを比較することで評価を行うことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換部が備える複数の光電変換層が出力する信号値の平均値を算出可能な画素信号演算部を備え、前記画素信号評価部は、前記光電変換部が備える複数の光電変換層が出力する信号値の平均値を評価することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。特に、１画素に複数の光電変換層を積層して備える画素を有する撮像素子において、画素信号を高速で読み出す方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、１画素に複数の光電変換層を積層して備える画素を有する撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５５９９６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、オートフォーカスを実行するために使用する画素については高速で読み出しを行いたいが、１画素に複数の光電変換層を積層して備える画素から信号を読み出す場合、各光電変換層から信号を読み出す必要があり、時間がかかってしまう。
【０００５】
本発明は前述のような課題に鑑みてなされたものであり、１画素に複数の光電変換層を積層して備える画素を有する撮像素子において、信号の高速読み出しを可能な撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る撮像素子は、複数の画素を含む画素アレイと、画素アレイから信号を読み出す指示を実行可能な読み出し制御部を備える撮像素子であって、画素は、複数の光電変換層を積層して備える光電変換部と、１つの電荷保持部と、光電変換層から電荷保持部へ電荷を転送する光電変換層と同じ数の電荷転送部を備え、読み出し制御部は、通常読み出しモードと高速読み出しモードを含む読み出し方法を実行可能であり、読み出し制御部は、通常読み出しモードにおいて、光電変換層に対応する電荷転送部の各々に対して光電変換層から電荷転送部へ電荷を転送する指示を行い、高速読み出しモードにおいて、２つ以上の電荷転送部に対して同時に光電変換層から電荷保持部へ電荷を転送する指示を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１画素に複数の光電変換層を積層して備える画素を有する撮像素子において、信号の高速読み出しが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
撮像素子１０が備える画素１２を説明する概略図
撮像素子１０を被写体側から見た面を表す概略図
画素アレイ１１における表示用画素ＬＶと焦点検出用画素ＡＦの配置例を示す概略図
撮像素子１０が備える画素１２の画素回路を示す図
撮像素子１０の構成を示すブロック図
撮像素子１０の画素１２から色信号を読み出す動作を示すタイミングチャート
画素アレイ１１全体から信号を取得し、１フレーム分の画像データを取得するシーケンスを示す図
撮像素子１０の画素１２から輝度信号を読み出す動作を示すタイミングチャート
画素アレイ１１全体から信号を取得し、１フレーム分の輝度データを取得するシーケンスを示す図
図８のタイミングチャートにスイッチＳＷの制御タイミングを追加した場合のタイミングチャート
２つのフォトダイオードから同時に電荷を転送し輝度信号を得る動作を示したタイミングチャート
図１１のタイミングチャートにスイッチＳＷの制御タイミングを追加した場合のタイミングチャート
２つのフォトダイオードから同時に電荷を転送した後、残りのフォトダイオードから電荷を転送することでモノクロ信号を得る動作を示したタイミングチャート
図１３のタイミングチャートにスイッチＳＷの制御タイミングを追加した場合のタイミングチャート
画素アレイ１１全体からモノクロ信号を取得し、１フレーム分のモノクロ画像データを取得するシーケンスを示す図
撮像素子１０を備える撮像装置２０のシステム要部ブロック図
撮像装置２０のモノクロ撮影モードにおけるライブビュー時に表示用画素ＬＶを高速読み出しモードで読み出す動作を示すフローチャート
ステップＭ１において表示用画素ＬＶを通常読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
図１７におけるステップＭ２のサブルーチン
ステップＭ３において表示用画素ＬＶを図８または図１０に示す高速読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
ステップＭ３において表示用画素ＬＶを図１３または図１４に示す高速読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
撮像装置２０のカラー撮影モードにおいて焦点検出用画素ＡＦを高速読み出しモードで読み出す動作を示すフローチャート
ステップＦ１において表示用画素ＬＶと焦点検出用画素ＡＦを通常読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
図２２におけるステップＦ２のサブルーチン
ステップＦ３において焦点検出用画素ＡＦを図８または図１０に示す高速読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
ステップＦ３において焦点検出用画素ＡＦを図１１または図１２に示す高速読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
ステップＦ３において焦点検出用画素ＡＦを図１３または図１４に示す高速読み出しモードで読み出すシーケンスを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付の図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。
【００１０】
＜１．撮像素子の構成＞
１－１．画素の構成
図１は、本実施形態に係る撮像素子１０が備える画素１２を説明する概略図である。画素１２は、撮像素子１０の厚さ方向に沿って複数の光線変換層であるところのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３を積層して形成した光電変換部１３を備えており、いわゆる垂直色分離型センサの構成をとっている。以下、光電変換部１３のフォトダイオードＰＤ１より上を上層、光電変換部１３のフォトダイオードＰＤ３より下を下層と呼ぶ。
（【００１１】以降は省略されています）

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