JP2009171027A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging device that captures a subject image.
ビデオカメラや電子スチルカメラなどでは、CCD型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。このような固体撮像装置では、光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されており、各画素の光電変換部にて信号電荷を生成する。 In a video camera, an electronic still camera, and the like, a CCD type or amplification type solid-state imaging device is used. In such a solid-state imaging device, a plurality of pixels each having a photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and signal charges are generated by the photoelectric conversion unit of each pixel.
増幅型固体撮像装置では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷に応じた信号を、画素に設けられた増幅部によって画素から出力する(下記特許文献1,2)。そして、増幅型固体撮像装置では、前記増幅部の読み出し動作時において前記増幅部と共にソースフォロワ回路を形成する定電流源が設けられ、このソースフォロワ動作によって画素信号が信号線に出力されるようになっている(下記特許文献1,2)。
In the amplification type solid-state imaging device, a signal corresponding to the signal charge generated and accumulated in the photoelectric conversion unit of the pixel is output from the pixel by the amplification unit provided in the pixel (
従来、このような増幅型固体撮像装置では、定電流源の出力電流値は、増幅部の読み出し動作時において常に同じ値に固定されていた。なお、特許文献2に開示された増幅型固体撮像装置では、増幅部をなすトランジスタの読み出し動作時以外に定電流源に流れる電流を制限する電流制限手段が設けられているが、この電流制限手段は、単に当該トランジスタの読み出し動作時以外において定電流源の電流を制限するにすぎず、特許文献2は、増幅部の読み出し動作時において定電流源の出力電流値を可変にすることを開示も示唆もしていない。
ところで、前述したような増幅型固体撮像装置では、画素信号が出力される信号線には寄生容量等が存在しているため、信号線上の信号が変化しようとしても瞬時に変化することはできずに、信号線の時定数に応じてある程度緩慢に変化することになり、信号線上の信号が安定するまでにある程度時間を要する。ここでは、信号線上の信号が安定するのに要する時間を静定時間と呼ぶ。静定時間が短いほど、画素信号を高速に読み出すことができる。一方、静定時間は、定電流源からの出力電流によって信号線の寄生容量等が充電される時間によって決まるため、定電流源の出力電流値が高いほど、静定時間を短縮することができる。よって、定電流源の出力電流値を高い値に設定することで、画素信号を高速に読み出すことができる。 By the way, in the amplification type solid-state imaging device as described above, since a signal line to which a pixel signal is output has a parasitic capacitance or the like, even if the signal on the signal line is changed, it cannot be changed instantaneously. In addition, it changes slowly to some extent according to the time constant of the signal line, and it takes some time for the signal on the signal line to stabilize. Here, the time required for the signal on the signal line to stabilize is referred to as a settling time. The shorter the settling time, the faster the pixel signal can be read out. On the other hand, since the settling time is determined by the time during which the parasitic capacitance of the signal line is charged by the output current from the constant current source, the settling time can be shortened as the output current value of the constant current source is high. . Therefore, the pixel signal can be read at high speed by setting the output current value of the constant current source to a high value.
しかしながら、前記従来の増幅型固体撮像装置では、定電流源の出力電流値は、増幅部の読み出し動作時において常に同じ値に固定されていたので、画素信号を高速に読み出すべく増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を高い値に設定すると、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値は、常に高い電流値となってしまい、これにより、消費電力が増大してしまう。 However, in the conventional amplification type solid-state imaging device, since the output current value of the constant current source is always fixed to the same value during the reading operation of the amplifying unit, the reading operation of the amplifying unit to read out the pixel signal at high speed If the output current value of the constant current source at the time is set to a high value, the output current value of the constant current source at the time of the read operation of the amplifying unit is always a high current value, which increases the power consumption. End up.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を常に高い電流値に固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減することができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and reduces power consumption as compared with the case where the output current value of the constant current source is always fixed to a high current value during the read operation of the amplifying unit. An object of the present invention is to provide an imaging device capable of performing the above.
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による撮像装置は、被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部と、読み出し動作によって前記信号電荷に応じた画素信号を信号線に出力する増幅部とを有する画素を複数備え、前記複数の画素が2次元状に配置された撮像装置であって、前記増幅部と共にソースフォロワ回路を形成する定電流源と、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値を、供給される制御信号に応じて可変に制御する電流制御部と、を備えたものである。 In order to solve the above problems, an imaging apparatus according to a first aspect of the present invention generates a signal charge according to the amount of incident light from a subject and stores the signal charge according to the signal charge by a read operation. A constant current source that includes a plurality of pixels each having an amplification unit that outputs a pixel signal to a signal line, and in which the plurality of pixels are two-dimensionally arranged, and forms a source follower circuit together with the amplification unit; A current control unit that variably controls the output current value of the constant current source during the read operation of the amplification unit in accordance with a supplied control signal.
本発明の第2の態様による撮像装置は、前記第1の態様において、前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部を備え、前記制御部は、所定の動作モード時と他の所定の動作モード時とでは、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が互いに異なるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給するものである。 An imaging apparatus according to a second aspect of the present invention includes, in the first aspect, a control unit that supplies the control signal to the current control unit, wherein the control unit is in a predetermined operation mode and other predetermined In the operation mode, the control signal is supplied to the current control unit so that the output current values of the constant current sources during the read operation of the amplification unit are different from each other.
本発明の第3の態様による撮像装置は、前記第1の態様において、前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部と、前記被写体を測光する測光部とを備え、前記制御部は、所定の動作モード時に、前記測光部の測光結果に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給するものである。 An imaging apparatus according to a third aspect of the present invention includes, in the first aspect, a control unit that supplies the control signal to the current control unit, and a photometry unit that performs photometry on the subject, and the control unit includes: Based on the photometric result of the photometry unit during a predetermined operation mode, when the light amount of the incident light is small, compared with the case where the light amount of the incident light is large, The control signal is supplied to the current control unit so that the output current value becomes small.
本発明の第4の態様による撮像装置は、前記第1の態様において、前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部を備え、前記制御部は、所定の動作モード時に、前記画素信号に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給するものである。 An imaging device according to a fourth aspect of the present invention includes, in the first aspect, a control unit that supplies the control signal to the current control unit, and the control unit outputs the pixel signal in a predetermined operation mode. Based on the above, the current control unit is configured such that the output current value of the constant current source is smaller when the light amount of the incident light is smaller than when the light amount of the incident light is large. To supply the control signal.
本発明の第5の態様による撮像装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様において、前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有し、前記増幅部は、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を前記画素信号として出力するものである。 In the imaging device according to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, each of the plurality of pixels receives the signal charge from the photoelectric conversion unit of the pixel and receives the signal. A charge-voltage conversion unit that converts charge into voltage, a charge transfer unit that transfers charge from the photoelectric conversion unit to the charge-voltage conversion unit, a reset unit that resets the potential of the charge-voltage conversion unit, and the pixel The amplifying unit outputs a signal corresponding to the potential of the charge-voltage conversion unit as the pixel signal.
本発明によれば、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を動作モードや状況に応じて最適化等することが可能となるので、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を常に高い電流値に固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to optimize the output current value of the constant current source during the read operation of the amplification unit according to the operation mode and the situation. Compared with the case where the output current value is always fixed to a high current value, the power consumption can be reduced.
以下、本発明による撮像装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態による撮像装置としての電子カメラ10を示す概略ブロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an
図1において、電子カメラ10には、撮影レンズ12が装着される。この撮影レンズ12の像空間には、イメージセンサ11の撮像面が配置される。イメージセンサ11の撮像シーケンスは、タイミングジェネレータ14が生成する制御パルス群によってタイミング制御される。これらの制御パルス群は、ドライブ回路100を介して、イメージセンサ11に供給される。
In FIG. 1, a photographing lens 12 is attached to the
この撮像シーケンスによってイメージセンサ11から読み出される画像データは、信号処理部15(感度設定部を含む)及びA/D変換部16を経由して、メモリ17に一時格納される。
Image data read from the
このメモリ17は、バス18に接続される。このバス18には、マイクロプロセッサ19、記録部22、画像圧縮部24、モニタ表示部30、及び画像処理部25なども接続される。このマイクロプロセッサ19には、タイミングジェネレータ14、レリーズ釦などの操作部19a、測光部19b、撮像感度入力部19cが接続される。また、前記記録部22には、記録媒体22aが着脱自在に装着される。
This
なお、マイクロプロセッサ19は、タイミングジェネレータ14、イメージセンサ11を制御することで、本撮影前にプレビュー画像(スルー画像など)を生成することも可能である。
Note that the
図2は、図1中のイメージセンサ11を示す回路図である。このイメージセンサ11は、CMOS型固体撮像素子として構成されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the
図2に示すように、このイメージセンサ11は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様に、2次元状に配置された複数の単位画素31(図2では、2×2個の画素31のみを示す。)と、垂直走査回路(垂直走査部)32と、水平走査回路(水平走査部)33と、画素31の各列に対応して設けられ対応する列の画素31の出力信号が供給される垂直信号線34と、各垂直信号線34に接続された定電流源35とを有している。また、このイメージセンサ11は、一般的なCMOS型固体撮像素子とは異なり、電流制御部36を有し、電流制御部36によって定電流源35の出力電流値が可変に制御されるようになっている。この点については、後に図3を参照して詳述する。なお、画素31の数が限定されるものではないことは、言うまでもない。
As shown in FIG. 2, the
各画素31は、一般的なCMOS型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードPDと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンFDと、読み出し動作によってフローティングディフュージョンFDの電位に応じた信号(したがって、前記信号電荷に応じた信号)を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、フォトダイオードPDからフローティングディフュージョンFDに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタTXと、フローティングディフュージョンFDの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタRESと、当該画素31を選択するための選択部としての選択トランジスタSELとを有し、図2に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素31のトランジスタAMP,TX,RES,SELは、全てnMOSトランジスタである。図2において、Vddは電源電圧である。
Each
転送トランジスタTXのゲートは、行毎に、垂直走査回路32からの転送トランジスタTXを制御する制御信号φTXを転送トランジスタTXに供給する制御線に、接続されている。リセットトランジスタRESのゲートは、行毎に、垂直走査回路32からのリセットトランジスタRESを制御する制御信号φRESをリセットトランジスタRESに供給する制御線に、接続されている。選択トランジスタSELのゲートは、行毎に、垂直走査回路32からの選択トランジスタSELを制御する制御信号φSELを選択トランジスタSELに供給する制御線に、接続されている。
The gate of the transfer transistor TX is connected to a control line for supplying a control signal φTX for controlling the transfer transistor TX from the
フォトダイオードPDは、入射光の光量(被写体光)に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタTXは、転送パルス(制御信号)φTXのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードPDに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンFDに転送する。リセットトランジスタRESは、リセットパルス(制御信号)φRESのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンFDをリセットする。 The photodiode PD generates a signal charge according to the amount of incident light (subject light). The transfer transistor TX is turned on during the high level period of the transfer pulse (control signal) φTX, and transfers the signal charge accumulated in the photodiode PD to the floating diffusion FD. The reset transistor RES is turned on during a high level period of the reset pulse (control signal) φRES to reset the floating diffusion FD.
増幅トランジスタAMPは、そのドレインが電源電圧Vddに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンFDに接続され、そのソースが選択トランジスタSELのドレインに接続され、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時に選択トランジスタSELがオンされたときに、定電流源35を負荷とするソースフォロア回路を構成する。各定電流源35の一端は各垂直信号線34に接続され、各定電流源35の他端は接地されている。これにより、定電流源35は、垂直信号線34に対応する画素31の選択トランジスタSELがオンされたときに、当該垂直信号線34に電流を流す。この電流は、当該画素31の増幅トランジスタAMPのソースフォロアバイアス電流である。増幅トランジスタAMPは、フローティングディフュージョンFDの電圧値に応じて、選択トランジスタSELを介して垂直信号線34に読み出し電流を出力する。選択トランジスタSELは、選択パルス(画素制御信号)φSELのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタAMPのソースを垂直信号線34に接続する。
The amplification transistor AMP has its drain connected to the power supply voltage Vdd, its gate connected to the floating diffusion FD, its source connected to the drain of the selection transistor SEL, and the selection transistor SEL turned on during the read operation of the amplification transistor AMP. A source follower circuit having the constant
垂直走査回路32は、ドライブ回路100からの制御パルス(図示せず)を受けて、画素31の行毎に、選択パルスφSEL、リセットパルスφRES及び転送パルスφTXをそれぞれ出力する。また、水平走査回路33は、ドライブ回路100からの制御パルス(図示せず)を受けて、列毎に水平走査信号φHを出力する。
The
また、このイメージセンサ11は、各垂直信号線34の信号に応じた信号をサンプリング制御信号φTVN,φTVSに従ってサンプリングして保持するとともに、当該保持された信号を水平走査信号φHに従って水平信号線38N,38Sへ供給するサンプルホールド部37を、備えている。本実施の形態では、サンプルホールド部37は、各垂直信号線34に対応して設けられた光信号用蓄積容量CS及び暗信号用蓄積容量CNと、画素31で光電変換された光情報を含む光信号を光信号用サンプリング制御信号φTVSに従って光信号用蓄積容量CSに蓄積させる光信号用サンプリングスイッチTVSと、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号してのいわゆる暗信号を暗信号用サンプリング制御信号φTVNに従って暗信号用蓄積容量CNに蓄積させる暗信号用サンプリングスイッチTVNと、光信号用蓄積容量CSに蓄積された光信号を水平走査信号φHに従って光信号用水平信号線38Sに供給する光信号用水平転送スイッチTHSと、暗信号用蓄積容量CNに蓄積された暗信号を水平走査信号φHに従って暗信号用水平信号線38Nに供給する暗信号用水平転送スイッチTHNとを有している。なお、実際には、水平信号線38N,38Sをそれぞれ所定タイミングで所定の電位にリセットするための各トランジスタが設けられるが、それらのトランジスタの図示は省略している。水平信号線38N,38Sには、出力アンプAPN,APSがそれぞれ接続されている。本実施の形態では、スイッチTVS,TVN,THS,THNは、全てnMOSトランジスタである。
The
各光信号用サンプリングスイッチTVSのゲートは共通に接続され、そこにはドライブ回路100から光信号用サンプリング制御信号φTVSが供給される。光信号用サンプリング制御信号φTVSに応じて光信号用サンプリングスイッチTVSがオンすると、垂直信号線34の光信号が、対応する光信号用蓄積容量CSに蓄積される。各暗信号用サンプリングスイッチTVNのゲートは共通に接続され、そこにはドライブ回路100から暗信号用サンプリング制御信号φTVNが供給される。暗信号用サンプリング制御信号φTVNに応じて暗信号用サンプリングスイッチTVNがオンすると、垂直信号線34の暗信号が、対応する暗信号用蓄積容量CNに蓄積される。
The gates of the optical signal sampling switches TVS are connected in common, and an optical signal sampling control signal φTVS is supplied from the
各列毎に、光信号用水平転送スイッチTHS及び暗信号用水平転送スイッチTHNのゲートが共通に接続され、そこには水平走査回路33から対応する列の水平走査信号φHが供給される。各列の水平走査信号φHに応じて、各列の水平転送スイッチTHS,THNがオンすると、対応する列の光信号用蓄積容量CS及び暗信号用蓄積容量CNにそれぞれ蓄積されていた光信号及び暗信号が、光信号用水平信号線38S及び暗信号用水平信号線38Nにそれぞれ出力され、それぞれ出力アンプAPS,APNを介して、図1中の信号処理部15へ出力される。
The gates of the horizontal transfer switch for optical signal THS and the horizontal transfer switch for dark signal THN are connected in common to each column, and the horizontal scanning signal φH of the corresponding column is supplied from the
図面には示していないが、信号処理部15は、出力アンプAPS,APNの出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。これにより相関2重サンプリングが実現され、信号処理部15から、画像信号として、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。 Although not shown in the drawing, the signal processing unit 15 obtains a difference between outputs of the output amplifiers APS and APN by a differential amplifier or the like. Thereby, correlated double sampling is realized, and an optical information signal from which fixed pattern noise and the like are removed is obtained as an image signal from the signal processing unit 15.
図3は、図1中の定電流源35及び電流制御部36の具体例を示す回路図である。本例では、定電流源35は、MOSFET41で構成され、垂直信号線34及び電流制御部36に対して図示のように接続されている。電流制御部36は、カレントミラー回路を利用して構成され、基準電流源51及びMOSFET52〜58を備え、これらが図示のように接続された構成となっている。今、基準電流源51が生成する電流の値をI0とし、MOSFET58に流れる電流の値をI1とする。図1中のドライブ回路100から供給される制御信号φA,φBによって、MOSFET54,56が両方ともオフしている場合、I1=I0≡Iminとなり、関連する垂直信号線34に接続された画素31の選択スイッチSELがオンして当該画素31の増幅トランジスタAMPが当該垂直信号線34に接続された状態において、当該垂直信号線34に流れる電流の値(定電流源35の出力電流値)Iは、Imin=I0となる。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a specific example of the constant
制御信号φA,φBによってMOSFET54,56の一方がオンし他方がオフしている場合、I1=2×I0≡Imidとなり、関連する垂直信号線34に接続された画素31の選択スイッチSELがオンして当該画素31の増幅トランジスタAMPが当該垂直信号線34に接続された状態において、当該垂直信号線34に流れる電流の値(定電流源35の出力電流値)Iは、Imid=2×I0となる。
When one of the
制御信号φA,φBによってMOSFET54,56の両方がオンしている場合、I1=3×I0≡Imaxとなり、関連する垂直信号線34に接続された画素31の選択スイッチSELがオンして当該画素31の増幅トランジスタAMPが当該垂直信号線34に接続された状態において、当該垂直信号線34に流れる電流の値(定電流源35の出力電流値)Iは、Imax=3×I0となる。
When both of the
このように、本例では、電流制御部36は、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時における定電流源35の出力電流値を、ドライブ回路100から供給される制御信号φA,φBに応じて、Imin、Imid及びImaxの3段階に可変に制御するように構成されている。もっとも、定電流源35の出力電流値の可変の段階数は、3段階に限定されるものではなく、2段階以上であればよい。なお、本実施の形態では、ドライブ回路100は、電流制御部36に制御信号φA,φBを供給する制御部となっている。
As described above, in this example, the
図4乃至図6は、本実施の形態による電子カメラ10(特に、イメージセンサ11)の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。図4はI=Iminの場合、図5はI=Imidの場合、図6はI=Imaxの場合をそれぞれ示している。定電流源35の出力電流値Iが異なる図4乃至図6の各場合において互いに異なる所は、垂直信号線34の電位の変化の様子と、水平ブランキング期間T2,T4,・・・の長さ及びパルスφTVSの幅T13のみであり、いずれの場合も基本的な動作は同じである。各場合の相違点については、後に図7を参照して説明することとし、まず、基本的な動作について、図4乃至図6を参照して説明する。
4 to 6 are timing charts showing an example of a reading operation of the electronic camera 10 (particularly, the image sensor 11) according to the present embodiment. 4 shows a case where I = Imin, FIG. 5 shows a case where I = Imid, and FIG. 6 shows a case where I = Imax. 4 to FIG. 6 in which the output current value I of the constant
本実施の形態では、メカニカルシャッタ(図示せず)が所定の露光期間だけ開かれて各画素31のフォトダイオードPDの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、1行ずつ順次選択され、各1行について順次同じ動作が行われていく。図4乃至図6は、主として、n行目の画素31が選択され、引き続いてn+1行目の画素31が選択された場合の動作を示している。
In the present embodiment, a mechanical shutter (not shown) is opened for a predetermined exposure period and charges are accumulated in the charge accumulation layer of the photodiode PD of each
期間T1は、n−1行目の画素31の出力の水平走査期間であり、後述する期間T3に対応している。期間T1後の期間T2は、n行目の画素31の出力の水平ブランキング期間である。
The period T1 is a horizontal scanning period of the output of the
期間T2において、垂直走査回路32によりn行目の画素31が選択され、n行目のリセットパルスφRES(n)がローレベルに変化し、n行目のリセットトランジスタRESがオフする。また、期間T2において、n行目の選択パルスφSEL(n)がハイレベルに変化し、n行目の選択トランジスタSELがオンする。n行目の選択トランジスタSELのオンにより、n行目の増幅トランジスタAMPのソースは垂直信号線34に接続される。そして、n行目の増幅トランジスタAMPは、定電流源35によってソースフォロア回路として動作する。
In the period T2, the
期間T2が開始した後、期間T12が開始するまでの期間においては、n行目の選択トランジスタSELがオンし、同時にn行目のリセットトランジスタRESがオフすることで、n行目の画素31の増幅トランジスタAMPのゲート電圧が、フローティング状態となり、n行目の画素31のリセットレベルが垂直信号線34に現れる。このとき、期間T2が開始した後の期間T11において、暗信号用サンプリングパルス(制御信号)φTVNがハイレベルに変化し、暗信号用サンプリングスイッチTVNがオンする。これにより、n行目の画素31の暗信号が、暗信号用蓄積容量CNに蓄積される。この動作は、n行目の各列の画素31に対して同時並列に実行される。
In the period from the start of the period T2 to the start of the period T12, the n-th row selection transistor SEL is turned on, and at the same time, the n-th row reset transistor RES is turned off. The gate voltage of the amplification transistor AMP enters a floating state, and the reset level of the
次に、期間T2中の期間T12において、n行目の転送パルスφTX(n)がハイレベルに変化し、n行目の転送トランジスタTXがオンする。n行目の転送トランジスタTXのオンにより、n行目の画素31のフォトダイオードPDで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンFDに転送される。これによって、フローティングディフュージョンFDの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタAMPのゲート電極に印加される。その結果、n行目の画素31の光情報を含んだレベルが、垂直信号線34に現れる。このとき、期間T12の後の期間T13において、光信号用サンプリングパルス(制御信号)φTVSがハイレベルに変化し、光信号用サンプリングスイッチTVSがオンする。これにより、n行目の画素31の光信号が、光信号用蓄積容量CSに蓄積される。この動作は、n行目の各列の画素31に対して同時並列に実行される。
Next, in the period T12 in the period T2, the transfer pulse φTX (n) in the nth row changes to a high level, and the transfer transistor TX in the nth row is turned on. When the transfer transistor TX in the n-th row is turned on, the signal charge photoelectrically converted and accumulated by the photodiode PD of the
このようにして、期間T2において、n行目の画素31の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、暗信号用蓄積容量CNにはn行目の画素31の暗信号が蓄積され、光信号用蓄積容量CSにはn行目の画素31の光信号が蓄積される。
In this way, in the period T2, the output signal of the
期間T2後の期間T3は、n行目の画素31の出力の水平走査期間である。期間T3において、水平走査回路33からの水平走査信号φHによる水平走査によって暗信号用水平転送スイッチTHN及び光信号用水平転送スイッチTHSが各垂直信号線34に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量CN,CSにそれぞれ蓄積されていた暗信号及び光信号が各垂直信号線34に対応するもの毎に順次暗信号用水平信号線38N及び光信号用水平信号線38Sにそれぞれ読み出され、出力アンプAPN,APSをそれぞれ介して信号処理部15へ出力される。信号処理部15は、出力アンプAPS,APNの出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。これにより、信号処理部15から、画像信号として、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。
A period T3 after the period T2 is a horizontal scanning period of the output of the
次に、期間T4,T5において、n行目に関して期間T2,T3で行われたのと同様の動作が、n+1行目について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。 Next, in the periods T4 and T5, the same operation as that performed in the periods T2 and T3 for the nth row is performed for the (n + 1) th row, and the same operation is repeated thereafter.
図4乃至図6には垂直信号線34の電位の変化もそれぞれ示しているが、それらの比較が容易となるように、図7には、図4乃至図6中の期間T1,T2における垂直信号線34の電位、パルスφSEL(n),φRES(n),φTX(n)を併せて示している。なお、図4乃至図6に示すように期間T2の長さはそれぞれ異なっているが、図7では、期間T2は図4の場合(I=Iminの場合)であるものとして記載している。また、図4乃至図7では、入射光の光量が互いに同じで比較的大きい(したがって、信号レベル(光信号レベル)とリセットレベル(暗信号レベル)との差が互いに同じで比較的大きい)ものとして示している。
FIGS. 4 to 6 also show changes in the potential of the
画素信号が出力される垂直信号線34には寄生容量等が存在しているため、垂直信号線34上の信号が変化しようとしても瞬時に変化することはできず、図4乃至図7に示すように、垂直信号線34の時定数に応じてある程度緩慢に変化し、垂直信号線34の信号がリセットレベルから信号レベルに安定するまでにある程度の静定時間(安定化時間)を要する。この静定時間は、定電流源35の出力電流値Iが高いほど短縮することができ、図4乃至図7に示すように、定電流源35の出力電流値IがIminである場合が1番長く、出力電流値IがImidである場合が2番目に長く、出力電流値IがImidである場合が1番短くなる。したがって、出力電流値Iが大きいほど、サンプリング制御信号φTVSの幅T13を短縮して水平ブランキング期間T2を短縮しても、静定した信号レベルを適切にサンプリングすることができる。そこで、図4乃至図7に示す例では、出力電流値Iが大きいほど、サンプリング制御信号φTVSの幅T13を短縮して水平ブランキング期間T2を短縮している。本実施の形態では、タイミングジェネレータ14及びドライブ回路100によって、電流制御部36に供給される制御信号φA,φBによりI=Iminとされる場合は図4に示すようにφTVSの幅及び期間T1が比較的長く設定され、I=Imidとされる場合は図5に示すようにφTVSの幅及び期間T1が中程度に設定され、I=Imaxとされる場合は図6に示すようにφTVSの幅及び期間T1が比較的短く設定さるようになっている。そして、水平ブランキング期間T2が短縮すると画素信号の読み出しが高速になるので、出力電流値Iが大きいほど、画素信号を高速に読み出すことができる。
Since there is a parasitic capacitance or the like in the
従来技術と同様に電流制御部36を除去するとともに定電流源35を常に同じ値の電流を固定的に出力するように、本実施の形態を変形しても、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時に定電流源35の出力電流値Iが常にImaxとなるように構成しておけば、図7の場合と同様に、画素信号を高速に読み出すことができる。しかし、この場合には、画素信号をさほど高速に読み出す必要がない場合などにおいても、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時の定電流源35の出力電流値Iが常にImaxとなるので、消費電流が増大してしまう。
Even if this embodiment is modified so that the
これに対し、本実施の形態によれば、ドライブ回路100から供給される制御信号φA,φBに応じて、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時における定電流源35の出力電流値IをImin、Imid及びImaxの3段階に可変に制御することができるので、その出力電流値Iを動作モードや状況に応じて最適化等することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、出力電流値Iを常に高いImaxに固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, the output current value I of the constant
本実施の形態では、例えば、非常に動きの速い被写体を動画として撮像する高速動画撮影モードの場合は図6に示す動作が実現され、さほど動きの速くない被写体を動画として撮像する低速動画撮影モードの場合は図5に示す動作が実現され、静止画撮影モードの場合は図4に示す動作が実現されるようにしてもよい。これは、操作部19aによる撮影モードの設定操作を受けたマイクロプロセッサ19が、タイミングジェネレータ14及びドライブ回路100を制御することによって、実現することができる。この場合、高速読み出しによる高速動画撮影が実現されつつ、低速動画撮影モードや静止画撮影モードにおいて消費電力が低減される。
In the present embodiment, for example, in the case of a high-speed moving image shooting mode that captures a very fast moving subject as a moving image, the operation shown in FIG. 6 is realized, and a low-speed moving image shooting mode that captures a subject that does not move so fast as a moving image. 5 may be realized, and in the still image shooting mode, the operation shown in FIG. 4 may be realized. This can be realized by controlling the timing generator 14 and the
また、本実施の形態では、例えば、少なくとも所定の動作モード時に、イメージセンサ11に対する入射光量に応じて、当該入射光量が小さい場合は当該入射光量が大きい場合に比べて、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時の定電流源35の出力電流値Iが小さくなるように、マイクロプロセッサ19の制御下においてタイミングジェネレータ14及びドライブ回路100によって電流制御部36に制御信号φA,φBを供給してもよい。具体的には、例えば、マイクロプロセッサ19の制御下におけるタイミングジェネレータ14及びドライブ回路100の動作によって、イメージセンサ11に対する入射光量が小さい場合は前記図4に示す動作が実現され、当該入射光量が中程度の場合は前記図5に示す動作が実現され、当該入射光量が大きい場合は前記図6に示す動作が実現されるようにしてもよい。このとき、マイクロプロセッサ19は、イメージセンサ11の入射光の光量の大きさを、測光部19による測光結果に基づいて判断してもよいし、あるいは、予め撮像して得た画像信号に基づいて判断してもよい。なお、I=Imidとする場合及びI=Imaxとする場合であっても、高速読み出しが必要なければ、水平ブランキング期間T2,T4,・・・の長さやパルスφTVSの幅T13を、I=Iminの場合の図4と同じにしてもよい。
In the present embodiment, for example, at least in a predetermined operation mode, the read operation of the amplification transistor AMP is smaller when the incident light amount is small than when the incident light amount is large, according to the incident light amount with respect to the
増幅トランジスタAMPの読み出し動作時の定電流源35の出力電流値Iが同じであるとすれば、イメージセンサ11に対する入射光(すなわち、画素31に対する入射光)の光量が小さければ、リセットレベルと信号レベルとの差が小さいため、静定時間は短くなる一方、当該入射光の光量が大きければ、リセットレベルと信号レベルとの差が大きいため、静定時間は長くなる。よって、静定した信号レベルを適切にサンプリングするためには、前記入射光の光量が大きければ、増幅トランジスタAMPの読み出し動作時の定電流源35の出力電流値Iを大きくして静定時間を短くする必要があるが、前記入射光の光量が小さければ、前記出力電流値Iを大きくしなくても静定時間はさほど長くならないため、前記出力電流値Iを大きくする必要はない。
Assuming that the output current value I of the constant
したがって、前述したように、イメージセンサ11に対する入射光量が小さい場合にI=Iminとし、当該入射光量が中程度の場合にI=midとし、当該入射光量が大きい場合にI=Imaxとすれば、イメージセンサ11に対する入射光量に拘わらずにI=Imaxとする場合に比べて、消費電力を低減することができる。
Therefore, as described above, if I = Imin when the incident light quantity to the
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
10 電子カメラ
11 イメージセンサ
31 画素
32 垂直走査回路
33 水平走査回路
34 垂直信号線
35 定電流源
36 電流制御部
AMP 増幅トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記増幅部と共にソースフォロワ回路を形成する定電流源と、
前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値を、供給される制御信号に応じて可変に制御する電流制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A plurality of pixels having a photoelectric conversion unit that generates and accumulates signal charges according to the amount of incident light from a subject and an amplification unit that outputs a pixel signal corresponding to the signal charges to a signal line by a read operation; An imaging device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally,
A constant current source that forms a source follower circuit together with the amplifier;
A current control unit that variably controls an output current value of the constant current source during a read operation of the amplification unit according to a supplied control signal;
An imaging apparatus comprising:
前記制御部は、所定の動作モード時と他の所定の動作モード時とでは、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が互いに異なるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 A controller for supplying the control signal to the current controller;
The control unit controls the current control unit so that an output current value of the constant current source is different between a predetermined operation mode and another predetermined operation mode during a read operation of the amplification unit. The imaging apparatus according to claim 1, wherein a signal is supplied.
前記制御部は、所定の動作モード時に、前記測光部の測光結果に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 A control unit that supplies the control signal to the current control unit, and a photometric unit that performs photometry of the subject,
In the predetermined operation mode, the control unit is configured based on the photometry result of the photometry unit when the light amount of the incident light is small and when the light amount of the incident light is large, compared with the case where the light amount of the incident light is large. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the control signal is supplied to the current control unit so that an output current value of the constant current source becomes small.
前記制御部は、所定の動作モード時に、前記画素信号に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。 A controller for supplying the control signal to the current controller;
In the predetermined operation mode, the control unit has the constant current during the read operation of the amplifying unit based on the pixel signal when the incident light amount is small compared to when the incident light amount is large. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the control signal is supplied to the current control unit so that an output current value of the source becomes small.
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