JP2008042674A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】黒沈みのような不具合を抑制するための機能を常に動作させることによる不利益を解消する。
【解決手段】固定撮像装置100は、画素101と、画素101の信号の読み出しがなされる読み出し経路としての画素出力線130と備える。画素出力線130における信号の電位を制限する機能を有する制限部としてクリップトランジスタ121が設けられている。クリップトランジスタ121による制限機能を有効又は無効に制御する制御回路として論理回路141が設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】固定撮像装置100は、画素101と、画素101の信号の読み出しがなされる読み出し経路としての画素出力線130と備える。画素出力線130における信号の電位を制限する機能を有する制限部としてクリップトランジスタ121が設けられている。クリップトランジスタ121による制限機能を有効又は無効に制御する制御回路として論理回路141が設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、固体撮像装置に関する。
近年、増幅型の固体撮像装置、特にCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置が注目されている。CMOS型固体撮像装置では、画角内に太陽が存在する場合のように非常に強い光が撮像面に入射した場合に、その強い光の入射部分が黒く映し出される現象が発生することがある。この現象は、高輝度黒沈み、黒沈み、或いは、黒化現象と呼ばれる。ここでは、この現象を"黒沈み"と呼ぶことにする。
黒沈みは、画素からS出力(データレベル)とN出力(ノイズレベル)を読み出し、両者の差分を演算して出力するCDS(Correlated Double Sampling)方式において見られる。N出力を読み出す際に高輝度の光が入射していると、それによって生成される電荷が浮遊拡散部に入り込んで該浮遊拡散部の電位を低下させる。これに応じて画素から出力されるN出力が低下する。この低下が過度になると、S出力とN出力との差分が極めて小さくなり、黒沈みが発生する。
特許文献1には、単位画素の出力端にクランプ回路を接続し、リセット信号の読み出し時にクランプトランジスタによって単位画素の出力端の電位が一定電圧以下に低下しないようにしたイメージセンサが開示されている。
特許文献2には、能動センサから無信号期間に信号線に出力される電圧が通常のリセット電圧とは異なり非常に小さい電圧であるときに、無信号期間の電圧として電圧Vrefを使用することが開示されている。
特開2004−222273号公報
特開2000−287131号公報
特許文献1、2には、黒沈みを抑制する技術が開示されているが、特許文献1、2に開示された構成では、常に黒沈みを抑制するための機能が働く。しかしながら、黒沈みは、ノイズレベル或いはリセットレベルの読み出し時に撮像面に高輝度の光が入射することによって発生する現象である。したがって、ノイズレベル或いはリセットレベルの読み出し時に機械シャッターによって固体撮像装置が遮光される場合には、黒沈みは発生しない。また、黒沈みを抑制するための機能を動作させると、それに起因して画質が劣化することも想定される。
本発明は、発明者による上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、黒沈みのような不具合を抑制するための機能を常に動作させることによる不利益を解消することを目的とする。
本発明の第1の側面は、固体撮像装置に係り、該装置は、画素と、前記画素の信号の読み出しがなされる読み出し経路と、前記読み出し経路における信号の電位を制限する機能を有する制限部と、前記制限部の機能を有効又は無効に制御する制御回路とを備える。
本発明の好適な実施形態によれば、前記制御回路は、例えば、電子シャッターモード及び機械シャッターモードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に制御することができる。ここで、前記制御回路は、前記モード信号が電子シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が機械シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にしうる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記制御回路は、例えば、動画撮像モード及び静止画撮像モードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に制御することができる。ここで、前記制御回路は、前記モード信号が動作撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が静止画撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にしうる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記読み出し経路は、前記画素によって駆動される画素出力線を含みうる。ここで、前記制限部は、前記画素出力線上の信号の電位を制限する機能を有しうる。例えば、前記制限部は、電源と前記画素出力線との間に接続されたトランジスタを含み、前記トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されうる。
本発明の好適な実施形態によれば、前記読み出し経路は、前記画素からデータレベルを読み出して第1メモリに蓄積する第1経路と、前記画素からノイズレベルを読み出して第2メモリに蓄積する第2経路と、該データレベルと該ノイズレベルとの差分を読み出す第3経路とを含みうる。前記制限部は、前記第2経路において前記第2メモリに蓄積されるノイズレベルを制限する機能を有しうる。前記第2経路は、前記第2メモリにノイズレベルを伝達する転送トランジスタを含み、前記転送トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されうる。
本発明の第2の側面は、撮像装置に係り、該撮像装置は、上記のような固体撮像装置と、前記固体撮像装置に備えられた前記制御回路に対して設定情報を提供する設定部とを備え、前記制御回路は、前記設定情報に基づいて、前記固体撮像装置に備えられた前記制限部の機能を有効又は無効に制御する。
本発明の好適な実施形態の固定撮像装置100は、画素101と、画素101の信号の読み出しがなされる読み出し経路としての画素出力線130と、画素出力線130における信号の電位を制限する機能を有する制限部としてのクリップトランジスタ121と、クリップトランジスタ121による制限機能を有効又は無効に制御する制御回路としての論理回路141とを備える。
本発明によれば、例えば、黒沈みのような不具合を抑制するための機能を有効又は無効に制御する制御回路を設けることにより、該機能を常に動作させることによる不利益を解消することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の好適な実施形態の増幅型固体撮像装置の概略構成を示す等価回路図である。図1に示すような増幅型固体撮像装置100は、増幅型MOSセンサとも呼ばれうる。固体撮像装置100は、一次元状又は二次元状に配列された複数の画素101を有する。画素101は、例えば、光電変換部102、転送ゲート103、浮遊拡散部104、増幅トランジスタ105、リセットトランジスタ106を含みうるが、これに限定はされない。光電変換部102は、例えばフォトダイオードを含み、光を受けて電荷を発生する。転送ゲート103は、光電変換部102で発生した電荷を転送パルスPTXに従って浮遊拡散部(フローティングディフュージョン)104に転送する。浮遊拡散部104の電位は、それに転送された電荷の量によって決定される。よって、浮遊拡散部104は、電荷の量を電位に変換する素子として把握されうる。増幅トランジスタ105は、浮遊拡散部104の電圧を増幅して画素出力線130に出力する。
図1は、本発明の好適な実施形態の増幅型固体撮像装置の概略構成を示す等価回路図である。図1に示すような増幅型固体撮像装置100は、増幅型MOSセンサとも呼ばれうる。固体撮像装置100は、一次元状又は二次元状に配列された複数の画素101を有する。画素101は、例えば、光電変換部102、転送ゲート103、浮遊拡散部104、増幅トランジスタ105、リセットトランジスタ106を含みうるが、これに限定はされない。光電変換部102は、例えばフォトダイオードを含み、光を受けて電荷を発生する。転送ゲート103は、光電変換部102で発生した電荷を転送パルスPTXに従って浮遊拡散部(フローティングディフュージョン)104に転送する。浮遊拡散部104の電位は、それに転送された電荷の量によって決定される。よって、浮遊拡散部104は、電荷の量を電位に変換する素子として把握されうる。増幅トランジスタ105は、浮遊拡散部104の電圧を増幅して画素出力線130に出力する。
リセットトランジスタ106は、浮遊拡散部104の電位を所定電位にリセットする。リセットトランジスタ106のソースは、浮遊拡散部104及び増幅トランジスタ105のゲートに接続され、リセットトランジスタ106のドレインは、増幅トランジスタ105のドレインと共にドレイン線VDに接続される。
図1では、説明の便宜のために、単位画素101の配列は、2行×2列の配列として簡略化されている。また、図1では、一例として、奇数列の画素の信号を下側の読み出し回路で読み出し、偶数列の画素の信号を上側の読み出し回路で読み出す方式の撮像装置において上側の読み出し回路の図示が省略されている。
この実施形態の固体撮像装置100は、露光量を制御するためのモードとして、機械シャッターモードと電子シャッターモードとを含む。機械シャッターモードは、固体撮像装置100が組み込まれる撮像装置の機械シャッターを使って固体撮像装置100の露光量を制御するモードである。なお、機械シャッターモードでは、固体撮像装置100が有する電子シャッター機能が併用されてもよい。電子シャッターモードは、固体撮像装置100が組み込まれる撮像装置の機械シャッターを使わずに固体撮像装置100が有する電子シャッター機能を使って固体撮像装置100の露光量を制御するモードである。固体撮像装置100は、機械シャッターモード及び電子シャッターモードの双方に対応可能な撮像装置に組み込まれることが好ましい。機械シャッターモード及び電子シャッターモードを含むモードのいずれが選択されるかについては、撮像装置に備えられる設定部から固体撮像装置100に提供されうる。
固体撮像装置100は、機械シャッターモード及び電子シャッターモードの一方にのみ対応可能な撮像装置にも組み込まれうる。この場合には、機械シャッターモード及び電子シャッターモードのうち撮像装置が対応可能なモードが固体撮像装置100に設定部によって設定されうる。設定部は、例えば、固体撮像装置100の特定ピンに特定の電圧又は信号を設定情報として提供する。固体撮像装置100は、該特定ピンに提供される設定情報に基づいて機械シャッターモード及び電子シャッターモードのいずれで動作すべきであるかを認識する。
機械シャッターモードは、機械シャッターを使って露光量を制御する静止画撮像に好適であり、電子シャッターモードは、動画撮像、又は、機械シャッターを有しない撮像装置における撮像に好適である。よって、1つの側面においては、機械シャッターモードは静止画撮像モードと等価で、電子シャッターモードは動画撮像モードと等価であると考えることができる。
固体撮像装置100は、電子シャッターモードにおいては、N出力の読み出し時にN出力レベルを制限することによって前述の黒沈みを抑制する。一方、固体撮像装置100は、機械シャッターモードにおいては、黒沈みの問題は原理的に生じないので、N出力の読み出し時にN出力レベルを制限しない。
図2は、電子シャッターモードにおける固体撮像装置100の動作を示すタイミングチャートである。図3は、機械シャッターモードにおける固体撮像装置100の動作を示すタイミングチャートである。なお、機械シャッターモードにおいては、読み出し動作の開始前に固体撮像装置100が機械シャッターによって遮光される。
まず、図2、図3を参照しながら電子シャッターモード及び機械シャッターモードにおいて共通した動作を説明する。
この実施形態の固体撮像装置100では、読み出し対象の行の選択は、増幅トランジスタ105のゲートの電位を制御することによってなされる。具体的には、非選択行の増幅用トランジスタ105がオフするようにそのゲート電位を低くし、選択行の増幅用トランジスタ105がオンするようにそのゲート電位を高くすることにより行選択が行われる。画素出力線130は、選択された行の増幅用トランジスタ105と定電流負荷109によって形成されるソースフォロア回路の出力ノードである。画素出力線130は、選択された行の浮遊拡散部104の電位に従った電位となる。なお、以下の説明において、"n"は、固体撮像装置100の第n行を意味し、"n+1"は、固体撮像装置100の第(n+1)行を意味する。
第n行の画素読み出し期間(n)中の画素非選択動作期間において、垂直走査回路110によって全行のリセット信号PRES(0)、・・・、PRES(n)、PRES(n+1)、・・・がハイレベルにされる。これにより、全画素の浮遊拡散部104がドレイン線VD及びリセットトランジスタ106を介してローレベルにリセットされる。このときのドレイン線VDは、ローレベルとなっている。
続いて、画素選択動作期間(n)において、選択行(第n行)を除く行のリセット信号がローレベルとなり、選択行(第n行)のドレイン線VDがハイレベルとなる。これにより、選択行(第n行)の浮遊拡散部104は、ハイレベルにリセットされる。その後、選択行(第n行)のリセット信号PRES(n)もローレベルとなる。このとき、画素リセット状態に対応する出力(すなわち、N出力或いはノイズレベル)が画素出力線130に読み出される。
画素出力線130に出力された信号は、増幅回路111によって増幅される。増幅回路111は、例えば、演算増幅器(差動増幅回路)112、入力容量113、帰還容量114、クランプ制御スイッチ115を含んで構成されうる。この構成では、入力容量113と帰還容量114との比で反転ゲインが得られる。画素リセット状態に対応するN出力が画素出力線130に読み出された状態でクランプパルスPCLMPがハイレベルとなり、演算増幅器112の反転入力端子と出力端子とが短絡される。これにより、演算増幅器112の出力端子のレベルは、電圧VREFにほぼ等しくなる。その後、クランプパルスPCLMPがローレベルとなり、演算増幅器112の出力端子には、画素のリセット状態に対応するN出力(ノイズレベル)が現れる。この状態で、転送パルスPTNをハイレベルにすることによって、画素のリセット状態に対応するN出力が転送スイッチ(転送トランジスタ)117nを介してメモリ(容量)118nに蓄積される。
その後、第n行の転送パルスPTX(n)によって転送スイッチ103が一定期間オンとなり、光電変換部102から浮遊拡散部104に電荷が転送される。第n行の増幅トランジスタ105は、浮遊拡散部104の電位に基づく信号を画素出力線130に出力する。このとき、PCLMPはローレベルとなっていて、演算増幅器112は、光信号による画素出力線130の電圧変化成分に対して反転ゲインを与えた電圧成分がN出力に重畳されたS出力(データレベル)を出力端子に発生する。
続いて、転送パルスPTSがハイレベルとなり、光信号に対応したS出力が転送スイッチ(転送トランジスタ)117sを介してメモリ(容量)118sに蓄積される。次に、第n行の水平走査期間(n)において水平転送動作が行われる。すなわち、水平走査回路119によって列が順に選択されながら、選択された列のS信号とN信号との差分が差分アンプ120で増幅され、第n行の画素の光応答出力が得られる。
以上の動作を垂直走査回路110によって選択する行を走査しながら繰り返すことにより、画面内全画素の光応答出力が得られる。
なお、一例を挙げると、電源電圧は3.3V、ドレイン線VDのローレベルは0.3V〜1.0V、ドレイン線VDのハイレベルは3.3Vに設定することができる。
次に、図2を参照しながら電子シャッターモードにおける読み出し動作を説明する。電子シャッターモードでは、N出力の読み出し(メモリ118nへのN出力の蓄積)時にN出力レベルを制限することによって黒沈みを抑制する。具体的には、N出力の読み出し時に非常に強い光が固体撮像装置に入射することによって浮遊拡散部に電荷が流入すると、それに応じて増幅トランジスタが画素出力線を駆動することによってN出力が低下し黒沈みが発生しうる。そこで、N出力の読み出し時は、クリップトランジスタ121によって、信号の読み出し経路の一部である画素出力線130の電位が規定値を下回らないように制限(クリップ)する。
画素出力線130には、クリップトランジスタ121のソースが接続されている。クリップトランジスタ121のドレインには、所定の電位、例えば電源電位VDDが提供される。クリップトランジスタ121のゲートには、クリップレベル制御信号PCLIPの論理レベルに応じて、第1電位VCLIPH又は第2電位VCLIPLが提供される。
クリップレベル制御信号PCLIPは、N出力の読み出し期間を示すN出力読み出し信号NRDと、モード信号MSとに基づいて論理回路(制御回路)141によって生成されうる。N出力読み出し信号NRDは、選択行の浮遊拡散部104がハイレベルにリセットされた後、N出力の読み出しが終了するまでの期間を示す信号である。ノード信号MSは、選択或いは指定されているモードが電子シャッターモードであるか、機械シャッターモードであるかを示す信号である。ここでは、電子シャッターモードでは、モード信号MSがローレベルになり、機械シャッターモードでは、モード信号MSがハイレベルになるものとする。モード信号MSは、例えば、固体撮像装置100の外部の設定部から設定情報として提供されうる。
論理回路141は、モード信号MSがローレベル(電子シャッターモード)である場合には、N出力読み出し信号NRDに従ったクリップレベル制御信号PCLIPを出力する。一方、論理回路141は、モード信号MSがハイレベル(機械シャッターモード)である場合には、N出力読み出し信号NRDとは無関係に、インアクティブレベルのクリップレベル制御信号PCLIPを出力する。
電子シャッターモードでは、クリップレベル制御信号PCLIPは、選択行の浮遊拡散部104がハイレベルにリセットされた後にアクティブレベルになり、N出力の読み出しが終了した後にインアクティブレベルになる。ここでは、クリップレベル制御信号PCLIPのアクティブレベルは、ハイレベルである。
N出力の読み出しは、N出力がメモリ118nに蓄積されることによって終了する。クリップレベル制御信号PCLIPがハイレベルである間は、クリップトランジスタ121のゲートには、第1電位VCLIPHが提供される。よって、クリップレベル制御信号PCLIPがハイレベルである間は、画素出力線130の電位は、トランジスタ121のゲートに提供される第1電位VCLIPHで決まるソース電位(クリップ電位)により下限が決まる。
N出力の読み出し終了後にクリップレベル制御信号PCLIPがローレベルとなり、クリップトランジスタ121のゲートには、第2電位VCLIPLが提供される。第2電位VCLIPLは、光電変換部102で生成された電荷による電圧変化の状態に対応して生じる画素出力線130の電位変化を制限しない程度に低い電圧に設定される。
例えば、電源電圧VDDが3.3Vである場合の一例を挙げると、画素リセット状態に対応する浮遊拡散部を3.3V、VCLIPHを3.0V、VCLIPLを0.5Vとすることができる。
以上のように、クリップトランジスタ121を含むクリップ回路によって、電子シャッターモードにおける黒沈みを抑制することができる。しかしながら、例えば、クリップレベル制御信号PCLIPの駆動(レベル遷移)に起因するノイズがクリップトランジスタ121のゲートに印加されると、それによって画素出力線130上に信号にノイズが入りうる。
そこで、この実施形態では、黒沈みが発生し得ない機械シャッターモードにおいては、クリップトランジスタ121のゲートに提供される電位が第2電位VCLIPLに維持される。これは、クリップレベル制御信号PCLIPをインアクティブレベルに固定することによってなされる。ここで、第2電位VCLIPLは、光電変換部102で生成された電荷による電圧変化の状態に対応して生じる画素出力線130の電位変化を制限しない電位である。
以下、図3を参照しながら機械シャッターモードにおける読み出し動作を説明する。機械シャッターモードにおいては、モード信号MSがハイレベルに設定されるので、クリップレベル制御信号PCLIPは、インアクティブレベルであるローレベルに固定される。これによって、機械シャッターモードでは、クリップトランジスタ121のゲート電位は第2電圧VCLIPLに固定される。したがって、機械シャッターモードでは、クリップトランジスタ121は、光電変換部102で生成された電荷による電圧変化の状態に対応して生じる画素出力線130の電位変化を制限しない状態に維持される。
なお、機械シャッターモードでは、第1電位VCLIPH及び第2電位VCLIPLとは異なる第3電位にクリップトランジスタ121のゲート電位を維持するように、回路構成を変更してもよい。
以上のように、この実施形態によれば、電子シャッターモードでは、画素の信号の読み出しがなされる読み出し経路の一部である画素出力線130の電位を制限する機能が有効となり、高輝度光の入射に起因する黒沈みが抑制される。また、黒沈みの問題が起こらない機械シャッターモードにおいては、画素出力線130の電位を制限する機能を無効にすることにより、該機能による弊害が低減され、より高画質の画像を得ることが期待される。
[第2実施形態]
第1実施形態では、電子シャッターモードにおいてクリップトランジスタ121によって画素出力線130の電位を制限する。第2実施形態では、第1実施形態のクリップトランジスタ121及びそれを制御する回路に加えて、又は、その代わりに、N出力の転送パルスPTNの電位を制御するパルス発生回路(制御回路)を備える。ここで、N出力の転送パルスPTNの電位を制御することによって、N出力のレベル(ノイズレベル)を読み出してメモリ118nに蓄積する読み出し経路においてN出力のレベルが制限される。
第1実施形態では、電子シャッターモードにおいてクリップトランジスタ121によって画素出力線130の電位を制限する。第2実施形態では、第1実施形態のクリップトランジスタ121及びそれを制御する回路に加えて、又は、その代わりに、N出力の転送パルスPTNの電位を制御するパルス発生回路(制御回路)を備える。ここで、N出力の転送パルスPTNの電位を制御することによって、N出力のレベル(ノイズレベル)を読み出してメモリ118nに蓄積する読み出し経路においてN出力のレベルが制限される。
図4は、本発明の第2実施形態に係るパルス発生回路(制御回路)の構成を示す図である。図4に示すパルス発生回路200は、N出力の転送パルスPTNを発生して、図1に示す固体撮像装置100の転送スイッチ117nのゲートに提供する。
第1転送パルスCPTNは、電源電圧レベル(例えば、3.3V)よりも低い電圧レベル(例えば、2.5V)を有するN出力用転送パルス信号である。第2転送パルスNPTNは、電源電圧レベルを有するN出力用転送パルス信号である。
電子シャッターモードでは、前述のモード信号MSがローレベルとなり、第1転送パルスCPTNが転送パルスPTNとして転送スイッチ117nのゲートに提供される。機械シャッターモードでは、モード信号MSがハイレベルとなり、第2転送パルスNPTNが転送パルスPTNとして転送スイッチ117nのゲートに提供される。ここで、第1転送パルスCPTN及び第2転送パルスNPTNは、不図示の回路によって発生される。第1転送パルスCPTN及び第2転送パルスの論理レベル(論理的なハイ又はロー)は、共に第1実施形態に従う。
図5は、電子シャッターモードにおける固体撮像装置100の動作を示すタイミングチャートである。図6は、機械シャッターモードにおける固体撮像装置100の動作を示すタイミングチャートである。両タイミングチャートの間の違いは、N出力の転送パルスPTNのハイレベルの電圧である。
図5に示すように、電子シャッターモード(モード信号MSがローレベル)では、N出力の転送パルスPTNのハイレベルは、電源電圧レベル(ここでは、3.3V)よりも低い電圧レベル(ここでは、2.5V)である。
N出力を蓄積するためのメモリ118nには、増幅回路111の出力電圧(最大で3.3V)から転送スイッチ117nの閾値(0.9V)分だけ降下した電圧(最大で2.5V−0.9V=1.6V)しか伝達されない。よって、N出力を蓄積するためのメモリ118nに蓄積されるN出力の値は、上限が1.6Vに制限され、0〜1.6Vの範囲の値になる。つまり、電子シャッターモードでは、メモリ118nに蓄積されるN出力は、高輝度光が入射した場合においても上限1.6Vに制限される。
したがって、画素の信号が読み出される読み出し経路のうち画素出力線130以外のノードの電位を制限することによっても、電子シャッターモード時における黒沈みを抑制することができる。しかしながら、転送スイッチのゲート電位を低下させると、それに応じて転送スイッチの駆動能力が低下し、該転送スイッチの特性ばらつきが顕在化しうる。この問題は、特に高いISO感度が設定されたときに顕著になる。そこで、黒沈みが発生しない機械シャッターモードにおいては。このような電位の制限機能を無効にすべきである。
よって、この実施形態では、図6に示すように、機械シャッターモード(モード信号MSがハイレベル)では、N出力の転送パルスPTNのハイレベルは、電源電圧レベルとあれる。
[応用例]
図7は、本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置400は、上記の実施形態に代表される固体撮像装置100を備える。
図7は、本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置400は、上記の実施形態に代表される固体撮像装置100を備える。
撮像装置400は、レンズユニット1001を備えている。レンズユニット1001は、交換可能であってもよい。被写体の光学像は、レンズユニット1001に備えられたレンズ1002によって固体撮像装置100の撮像面に結像する。レンズユニット1001は、絞り機構1003を含みうる。
レンズユニット1001と固体撮像装置100との間には、機械シャッター1020が配置されている。なお、機械シャッターの機能は、絞り機構1003に組み込まれてもよい。
固体撮像装置100から出力される撮像信号は、撮像信号処理回路1005によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路1005から複数チャネルで出力される撮像信号は、A/D変換器6でアナログ−ディジタル変換される。A/D変換器1006から出力される画像データは、信号処理部1007によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。固体撮像装置100、撮像信号処理回路1005、A/D変換器1006及び信号処理部1007は、タイミング発生部1008が発生するタイミング信号にしたがって動作する。
ブロック1005〜1008は、固体撮像装置100と同一チップ上に形成されてもよい。撮像装置400の各ブロックは、全体制御・演算部1009によって制御される。撮像装置400は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部1010、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース部1011を備える。記録媒体1012は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。撮像装置400は、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1013を備えてもよい。
次に、図7に示す撮像装置400の動作について説明する。不図示の電源スイッチの操作に応じて、メイン電源、コントロール系の電源、A/D変換器1006等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部1009が絞り1003を開放にする。固体撮像装置100から出力された信号は、撮像信号処理回路1005をスルーしてA/D変換器1006へ提供される。A/D変換器1006は、その信号をA/D変換して信号処理部1007に出力する。信号処理部1007は、そのデータを処理して全体制御・演算部1009に提供し、全体制御・演算部1009において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部1009は、決定した露出量に基づいて絞りを制御する。
次に、全体制御・演算部1009は、固体撮像装置100から出力され信号処理部1007で処理された信号から高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ1002を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ1002を駆動し測距を行う。
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、固体撮像装置100から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路1005において補正等がされ、A/D変換器1006でA/D変換され、信号処理部1007で処理される。信号処理部1007で処理された画像データは、全体制御・演算1009によりメモリ部1010に蓄積される。
その後、メモリ部1010に蓄積された画像データは、全体制御・演算部9の制御により記録媒体制御I/F部を介して記録媒体1012に記録される。また、画像データは、外部I/F部1013を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。
全体制御・演算部1009は、不図示の操作部が操作されることに応じて、機械シャッターモード及び電子シャッターモードを含むモードのいずれかに設定する設定部1009aを含む。設定部1009aは、例えば、静止画撮像モードが選択されたときにシャッターモードを機械シャッターモードに設定し、動画撮像モードが選択されたときにシャッターモードを電子シャッターモードに設定してもよい。モードは、モード信号MSとして全体制御・演算部1009から固体撮像装置100に提供されうる。
Claims (10)
- 画素と、
前記画素の信号の読み出しがなされる読み出し経路と、
前記読み出し経路における信号の電位を制限する機能を有する制限部と、
前記制限部の機能を有効又は無効に制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記制御回路は、電子シャッターモード及び機械シャッターモードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に制御することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、前記モード信号が電子シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が機械シャッターモードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にすることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、動画撮像モード及び静止画撮像モードを含むモードのいずれかを示すモード信号に基づいて前記制限部の機能を有効又は無効に制御することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記制御回路は、前記モード信号が動作撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を有効にし、前記モード信号が静止画撮像モードであることを示している場合に前記制限部の機能を無効にすることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
- 前記読み出し経路は、前記画素によって駆動される画素出力線を含み、前記制限部は、前記画素出力線上の信号の電位を制限する機能を有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記制限部は、電源と前記画素出力線との間に接続されたトランジスタを含み、前記トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されることを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
- 前記読み出し経路は、前記画素からデータレベルを読み出して第1メモリに蓄積する第1経路と、前記画素からノイズレベルを読み出して第2メモリに蓄積する第2経路と、該データレベルと該ノイズレベルとの差分を読み出す第3経路とを含み、
前記制限部は、前記第2経路において前記第2メモリに蓄積されるノイズレベルを制限する機能を有することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記第2経路は、前記第2メモリにノイズレベルを伝達する転送トランジスタを含み、前記転送トランジスタのゲートに印加される電位が前記制御回路によって決定されることを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に備えられた前記制御回路に対して設定情報を提供する設定部とを備え、
前記制御回路は、前記設定情報に基づいて、前記固体撮像装置に備えられた前記制限部の機能を有効又は無効に制御することを特徴とする撮像装置。
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