JP2005217770A - Image pickup device - 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.
デジタルスチルカメラ等で用いられる光電変換装置の画質向上は、近年著しいものがあり、天体撮影などの長時間露光撮影にも耐えうるレベルにきている。長時間露光撮影においては、光電変換装置における発熱を低減することが重要である。なぜならば、光電変換装置の温度上昇は、暗電流増加による画質劣化をもたらすためである。従来技術として、光電変換装置の温度上昇を低減する方法がいくつかあった(例えば特許文献1参照)。この他、例えば図5のように、基準電流発生回路121から、カレントミラー回路によって出力アンプ118に定電流を供給している構成では、カレントミラー部に制御信号PSAVEで制御されるスイッチを挿入して、非信号読み出し期間に電流供給を制限することにより、出力アンプ118での電力消費を低減し、温度上昇を抑制することができる。
従来技術による電力消費低減策は、前記したように、主に発熱に起因する暗電流抑制が主目的であった。しかし、例えば1分を超えるような長時間露光撮影において、新たに顕在化してくる問題として、インパクトイオン化によるキャリア発生が挙げられる。インパクトイオン化は、5極管領域で動作するNMOSデバイスにおいて特に影響が大きく、また、低温においてはキャリア移動度が上昇するため、その影響はさらに顕著となる。キャリア発生だけでなく、二次的な再結合発光も付随するため、同一半導体チップ上に存在し、かつ5極管領域で動作するNMOSを有するアナログ回路ブロックは、すべてキャリアおよび光の発生源となりうる。例えば、図5に示す従来技術による光電変換装置の基準電流発生回路121においては、基準電流源が常に動作しているため、キャリア発生および発光源となっており、低温・長時間露光撮影においては、基準電流発生回路の近傍で暗出力が上昇し、画質劣化の要因となっていた。
As described above, the main purpose of the power consumption reduction measures according to the prior art is to suppress dark current mainly due to heat generation. However, for example, in long-time exposure photography exceeding 1 minute, a problem that is newly manifested is generation of carriers due to impact ionization. Impact ionization is particularly significant in an NMOS device operating in the pentode region, and the carrier mobility increases at low temperatures, so the effect becomes even more pronounced. Since not only carrier generation but also secondary recombination light emission accompanies, all analog circuit blocks having NMOS that operate on the same semiconductor chip and operate in the pentode region are all sources of carrier and light. sell. For example, in the reference
本発明の撮像装置では、複数の光電変換部を有する光電変換領域と、前記複数の光電変換部からの信号を読み出す読み出し回路と、前記読み出し回路を駆動するための基準電流発生回路の少なくとも一部とを同一半導体基板上に形成した撮像装置であって、前記基準電流発生回路を流れる電流を遮断もしくは前記基準電流発生回路を流れる電流を抑制するスイッチを有することを特徴とする。 In the imaging device of the present invention, at least a part of a photoelectric conversion region having a plurality of photoelectric conversion units, a read circuit for reading signals from the plurality of photoelectric conversion units, and a reference current generation circuit for driving the read circuit Are formed on the same semiconductor substrate, and have a switch that cuts off a current flowing through the reference current generation circuit or suppresses a current flowing through the reference current generation circuit.
本発明の撮像換装置によれば、基準電流発生回路内でインパクトイオン化を起こしている回路部分の電流を、スイッチによって遮断もしくは抑制することにより、基準電流を必要としない期間において、インパクトイオン化を抑制し、キャリア発生と再結合発光による画質劣化を防ぐことができる。 According to the imaging conversion device of the present invention, the impact ionization is suppressed in a period in which the reference current is not required by blocking or suppressing the current of the circuit portion causing the impact ionization in the reference current generating circuit by the switch. In addition, image quality deterioration due to carrier generation and recombination light emission can be prevented.
本発明の実施形態について以下に詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below.
本発明の第1実施例の光電変換装置を、以下に詳細に説明する。図1は、本実施例の光電変換装置の基準電流発生回路と出力アンプ部を示した等価回路図である。基準電流発生回路121は、基準電圧VREFを基準抵抗122で電流変換して、基準電流を生成しており、この基準電流をカレントミラー回路で複製し、増幅回路である出力アンプ118へ入力している。基準電流発生回路121において、基準抵抗122と直列にCMOSアナログスイッチ124が挿入されており、制御信号PSAVEがハイレベルとなると、抵抗の負電源側端子のGNDへの導通が遮断され、かわりにVREFに接続される。このとき、基準抵抗122の両端電圧は0となるため、基準電流発生回路121で生成される基準電流は0となる。
The photoelectric conversion device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing a reference current generating circuit and an output amplifier section of the photoelectric conversion device of this embodiment. The reference
ここで、基準電流発生回路の電流を完全に遮断せずに、電流を抑制するようにしても良い。 Here, the current may be suppressed without completely interrupting the current of the reference current generating circuit.
このような構成にすることで、特に、NMOS125で発生していたインパクトイオン化の影響が軽減できる。制御信号PSAVEは、出力アンプ118が動作する必要の無い期間、すなわち蓄積期間や水平ブランキング期間中にハイレベルに設定されることが望ましい。
With such a configuration, in particular, the influence of impact ionization generated in the NMOS 125 can be reduced. The control signal PSAVE is preferably set to a high level during a period when the
図2は本実施例の光電変換装置の全体構成を示す等価回路図であり、同一半導体基板上に形成されている。従来技術の光電変換装置では、基準電流発生回路121に近い画素領域において、インパクトイオン化によるキャリア発生または再結合発光による暗出力上昇が問題となっていたが、本実施例の光電変換装置においては、長時間蓄積撮影においても、キャリア発生や発光が抑えられ、良好な画像が得られる。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the overall configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment, which is formed on the same semiconductor substrate. In the photoelectric conversion device of the prior art, in the pixel region near the reference
図2において、101は光電変換部であるフォトダイオ−ド、102はフォトダイオ−ドの信号を増幅MOSトランジスタのゲ−トに転送する転送MOSトランジスタ、103は増幅MOSトランジスタ104のゲ−ト部にリセット電圧を供給するリセットMOSトランジスタ、105は選択された画素の信号を出力するための選択MOSトランジスタである。
In FIG. 2, 101 is a photodiode which is a photoelectric conversion unit, 102 is a transfer MOS transistor for transferring a photodiode signal to the gate of the amplification MOS transistor, and 103 is a gate unit of the amplification MOS transistor 104. A
106は垂直出力線、107は増幅MOSトランジスタ104とソ−スフォロワを構成する負荷MOSトランジスタ、108はクランプ容量、109はクランプ容量の一方の端子を固定電位、浮遊電位に変えるためのクランプMOSトランジスタ、110は容量112に信号を転送するためのMOSトランジスタ、114は水平出力線116に信号を転送するためのMOSトランジスタ、118は水平出力線の信号を増幅するための増幅回路、119は水平走査回路、121は基準電流発生回路、123は垂直走査回路である。
106 is a vertical output line, 107 is a load MOS transistor that constitutes a source follower with the
制御信号PSAVEは例えば図3のように与えることができる。図3においては、水平ブランキング期間および蓄積期間におけるインパクトイオン化を軽減するように制御信号PSAVEを与えており、水平ブランキング期間と水平走査期間については任意の一行分を図示している。なお、図1の基準抵抗122、CMOSアナログスイッチ124は同一半導体基板上にあっても、外部にあってもよく、どちらの場合でも本発明の効果が得られることは明らかである。
The control signal PSAVE can be given as shown in FIG. 3, for example. In FIG. 3, the control signal PSAVE is given so as to reduce the impact ionization in the horizontal blanking period and the accumulation period, and an arbitrary one line is shown for the horizontal blanking period and the horizontal scanning period. Note that the
以上のように、複数の光電変換部101を有する光電変換領域と、その複数の光電変換部からの信号を読み出す読み出し回路である増幅回路118と、読み出し回路を駆動するための基準電流発生回路121の少なくとも一部とを同一半導体基板上に形成し、基準電流発生回路を流れる電流を遮断もしくは前記基準電流発生回路を流れる電流を抑制するスイッチを有することにより、画質劣化を防ぐことができる。
As described above, the photoelectric conversion region including the plurality of
図4は、本発明の撮像装置として、前述した各実施形態の光電変換装置を用いた撮像装置のシステムの構成図である。撮像装置は、レンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア1、被写体の光学像を固体撮像素子4に結像させるレンズ2、レンズ2を通った光量を可変するための絞り3、レンズ2で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子4(上記の各実施形態で説明した光電変換装置に相当する)、固体撮像素子4から出力される画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を行う撮像信号処理回路5、固体撮像素子4より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器6、A/D変換器6より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部7、固体撮像素子4及び撮像信号処理回路5及びA/D変換器6及び信号処理部7に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部8で構成される。なお、5〜8の各回路は固体撮像素子4と同一チップ上に形成しても良い。また、各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部9、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部10、記録媒体に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部11、画像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース(I/F)部13で固体撮像システムは構成される。
FIG. 4 is a configuration diagram of a system of an imaging apparatus using the photoelectric conversion apparatus of each embodiment described above as the imaging apparatus of the present invention. The image pickup apparatus forms an image with a barrier 1 that serves as a lens switch and a main switch, a
次に、図4の動作について説明する。バリア1がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、A/D変換器6などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部9は絞り3を開放にし、固体撮像素子4から出力された信号は、撮像信号処理回路5をスルーしてA/D変換器6へ出力される。A/D変換器6は、その信号をA/D変換して、信号処理部7に出力する。信号処理部7は、そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部9で行う。
Next, the operation of FIG. 4 will be described. When the barrier 1 is opened, the main power supply is turned on, the control system power supply is turned on, and the power supply of the imaging system circuit such as the A / D converter 6 is turned on. Then, in order to control the exposure amount, the overall control / arithmetic unit 9 opens the
この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部9は絞りを制御する。次に、固体撮像素子4から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部9で行う。その後、レンズ2を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズ2を駆動し測距を行う。
The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 9 controls the aperture according to the result. Next, based on the signal output from the solid-state imaging device 4, the high-frequency component is extracted and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 9. Thereafter, the
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像素子4から出力された画像信号は、撮像信号処理回路5において補正等がされ、さらにA/D変換器6でA/D変換され、信号処理部7を通り全体制御・演算9によりメモリ部10に蓄積される。その後、メモリ部10に蓄積されたデータは、全体制御・演算部9の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体12に記録される。また外部I/F部13を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
Then, after the in-focus state is confirmed, the main exposure starts. When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 4 is corrected in the imaging signal processing circuit 5, further A / D converted by the A / D converter 6, and totally controlled through the signal processing unit 7. Accumulated in the
1 バリア
2 レンズ
3 絞り
4 固体撮像素子
5 撮像信号処理回路
6 A/D変換器
7 信号処理部
8 タイミング発生部
9 全体制御・演算部
10 メモリ部
11 記録媒体制御インターフェース(I/F)部
12 記録媒体
13 外部インターフェース(I/F)部
121 基準電流発生回路
122 基準抵抗
124 CMOSアナログスイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記基準電流発生回路を流れる電流を遮断もしくは前記基準電流発生回路を流れる電流を抑制するスイッチを有することを特徴とする撮像装置。 A photoelectric conversion region having a plurality of photoelectric conversion units, a read circuit for reading signals from the plurality of photoelectric conversion units, and at least a part of a reference current generation circuit for driving the read circuits are formed on the same semiconductor substrate. An imaging device formed,
An imaging apparatus comprising: a switch that cuts off a current flowing through the reference current generation circuit or suppresses a current flowing through the reference current generation circuit.
An analog / digital conversion circuit that converts signals from the plurality of photoelectric conversion units into digital signals, a signal processing circuit that processes signals from the analog / digital conversion circuit, and an image of light on the plurality of photoelectric conversion units The imaging device according to claim 1, further comprising: a lens that performs the operation.
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