キヤノン グローバルシャッターセンサーの新特許
【背景技術】
光電変換装置において、複数の画素のそれぞれに配された光電変換部のリセットや、光電変換部からの電荷の読み出しを同時に行うグローバル電子シャッタ動作を行うことが提案されている。特許文献１には、信号電荷を電圧に変換して保持する電圧保持型のグローバル電子シャッタ機能を備えた撮像装置が示されている。特許文献１に記載された撮像装置では、光電変換部で発生した信号電圧を全画素同時に容量素子に保持したのち、保持した電圧を順次読み出すことでグローバル電子シャッタ動作を実現している。特許文献１では、赤色の光学フィルタが設けられ相対的に入射光量の少なくなるＲ画素の容量素子の大きさを、緑色の光学フィルタが設けられ相対的に入射光量の多くなるＧ画素の容量素子の大きさよりも大きくすることが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、容量素子の大きさの設定と信号整定時間の関係について考慮されておらず、容量素子が保持する信号の精度や撮像性能をより向上できる余地がある。
高速読出し、低ノイズを実現
キヤノンがグローバルシャッターセンサーに関する新特許を出願していることが明らかになりました。どのような特許なのか見ていきましょう（当サイトの解釈です）。
One Point!：グローバル電子シャッターって？
全画素を“同時に”露光・読み出しするシャッター方式だよ。 動体歪みが出にくく、スポーツや高速動作の撮影に強いのが特徴なんだ。
今回の特許では、グローバル電子シャッタ機能を備えた光電変換装置について説明されています。これは、すべての画素が同時に光の情報を取得し、その信号を一時的に保存できる撮像素子の一種だとされています。
従来のグローバルシャッタ方式では、各画素で得られた信号を容量に保持してから順番に読み出す仕組みが用いられてきましたが、容量の大きさや回路の駆動条件によっては、信号の安定性や読み出し精度に改善の余地があったとされています。この特許では、この点を改良するため、信号を保持する容量の大きさを状況に応じて変化させる仕組みが採用されているとのことです。
One Point!：信号を保持する容量って？
画素が受け取った光の情報（電荷）を一時的にためておく“電気のバケツ”のようなものだよ。 この容量が大きいとノイズに強くなるけど、回路の応答が遅くなる。 逆に小さいと応答は速いけど、ノイズの影響を受けやすくなるんだ。
この特許の特徴のひとつとして、信号を保持する容量の大きさを固定せず、回路の動作条件に応じて変更できる点が挙げられています。これにより、信号の安定性や精度を向上させることができ、撮像性能の向上に有利になると説明されています。例えば、回路の駆動条件や信号の状態に応じて、より適した容量を選択することで、信号の変動を抑えたり、より正確な読み出しを可能にしたりする効果が期待されているそうです。
具体的には、一般に増幅回路の駆動力が弱い場合には、大きな容量を駆動することが難しくなり、信号が安定するまでに時間がかかってしまう傾向があるとされています。そのため、このような場合には保持容量を小さくすることで、回路の応答性を向上させ、信号がより速く安定するように工夫されているとのことです。これにより、読み出し動作を高速に行うことが可能になるとされています。
One Point!：駆動力と容量の関係って？
増幅回路の駆動力が弱いと、大きな容量を動かすのに時間がかかってしまうんだ。 だから、そういうときは容量を小さくして応答性を上げる。 逆に駆動力が強いときは容量を大きくして、信号の安定性やノイズ耐性を高めることができるよ。
一方で、増幅回路の駆動力が強い場合には、より大きな容量を使用することが可能になると説明されています。容量を大きくすることで、信号の電圧変動の影響を受けにくくなり、ノイズの影響を抑えることができるため、より安定した高精度な信号保持が可能になるとされています。
まとめると、この特許は信号を保持する容量を状況に応じて調整できる構造を採用したグローバル電子シャッター型のイメージセンサーに関するものであり、より高精度で安定した撮像を実現することを目的とした技術であるようですね。キヤノンも着々とグローバルシャッターの研究を行っていることがわかります。
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