JP2008067344A - 光電変換装置及びその制御方法並びに撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換装置4は、光を信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード104と、フォトダイオード104に蓄積された電荷に基づく信号を増幅し垂直出力線V1へ出力するソースフォロアトランジスタ108と、ソースフォロアトランジスタ108の入力部をリセットするリセットスイッチ107と、を含む画素101〜103を構成要素として有し、かつ、垂直出力線V1の電位を制限するクリップ回路112を有する。クリップ回路112は、垂直出力線V1の電位に基づく信号を増幅する増幅回路と、ゲートとソースとの電位差に基づいて垂直出力線V1の電位を制限するMOSトランジスタ117と、を備え、前記増幅回路によりMOSトランジスタ117のゲートの電位を制御する。
【選択図】図1
Description
(第1の実施形態)
図1は、本発明の好適な第1の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。撮像装置には、画素101〜103が複数配列されている。図1では図の簡略化のために、画素が3行×2列で配列されているが、これに限定されず、任意の数の画素が行方向及び列方向に配置されうる。画素101〜103には、それぞれ光電変換素子としてのフォトダイオード104、転送トランジスタ105、フローティングディフュージョンFD、選択トランジスタ106、リセットスイッチ107、ソースフォロアトランジスタ108が配置される。V1〜Vm(ただし、mは2以上の整数である。以下も同様。)は垂直出力線、109はソースフォロアトランジスタ108の負荷となる電流源負荷、140は選択スイッチ、150は出力アンプ、110は垂直走査回路、130はCDS回路、120は水平走査回路である。垂直出力線V1〜Vmは、電流源負荷109を介してグランドに接続される。垂直出力線V1〜Vmは、画素選択時には、ソースフォロアトランジスタ108と電流源負荷109によりソースフォロアを構成する。ソースフォロアトランジスタ108の出力は、ノード111に出力される。
図4は、本発明の好適な第2の実施形態に係る撮像装置の構成を示す回路図である。この撮像装置は第1の実施形態と同様に画素101〜103が複数配列されている。
本発明の好適な第3の実施形態では、第2の実施形態におけるクリップ回路内のゲート接地型増幅器163の電流源負荷に流す電流値を列毎に制御することによりクリップ動作を制御する実施形態について説明する。本実施形態により、製造ばらつきによるクリップ回路の特性ばらつきに起因した列毎の信号不均一性を改善することが可能となる。
本発明の好適な第4の実施形態では、クリップ動作がクリップ回路内を流れる電流で制御できることを利用して、撮像装置の駆動条件に合わせた最適なクリップ動作を可能にする撮像装置について説明する。
図8は、本発明の好適な実施形態に係る撮像装置をデジタルカメラなどの撮像システムに応用した場合の構成を示す図である。ここで光電変換は、被写体からの光(被写体像)が絞り羽根1を通り、撮像光学系としてのレンズ2により光電変換装置4へ結像されることで行われる。フィルター群3は、モアレ等を防ぐために光の高域をカットする光学ローパス・フィルター、色補正フィルター及び赤外線カットフィルター等が組み合わされたものである。光電変換装置4では、アドレス指定部8からの信号により、水平走査回路120及び垂直走査回路110により2次元で画素の選択が行われ、出力信号がタイミング調整部7に読み出される。タイミング調整部7では、光電変換装置4からの1つ又は複数の出力信号のタイミング調整が行われる。そして、タイミング調整部7から出力された信号は、AGC(オートゲインコントロール)10により電圧が制御され、A/D変換器11でデジタル信号に変換し、画像情報が生成される。カメラDSP12は、動画又は静止画等の画像情報の処理を行う。また、制御部としてのMPU14は、この画像処理の際に用いられるパラメータをカメラDSP12に設定したり、AF/AE動作を行ったりする。なお、AF動作は、フォーカス・モーター51によりフォーカス・レンズ(図示せず)を前後に動かして行う。画像処理する際の一時的な記憶領域としてDRAM13が用いられ、不揮発性の記憶領域として記録媒体18が用いられる。記録媒体18としては、例えば、スマート・メディア、磁気テープ又は光ディスク等が挙げられる。ビデオエンコーダ15及びCRT16は、画像処理後の画像を表示する。ビューファインダー17は、例えば、LCDなどを用いることができ、記録媒体18に記憶する前に被写体を確認したりするために用いられる。これらの出力装置は、CRT16及びビューファインダー17に限られず、プリンタ等を用いてもよい。発振器9は、カメラDSP12及びMPU14に供給するクロック信号を発生する。表示領域指定部19は、光電変換装置4から読み出した画像をビューファインダー17などに表示するときの表示領域を指定する。
104 フォトダイオード
105 転送トランジスタ
107 リセットスイッチ
108 ソースフォロアトランジスタ
110 垂直走査回路
112 クリップ回路
120 水平走査回路
130 CDS回路
140 選択スイッチ
150 出力アンプ
210 D/A変換器
240 外部入力端子
300 モード判別部
Claims (9)
- 光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく信号を増幅し垂直出力線へ出力する増幅手段と、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、を含む画素を構成要素として有し、かつ、前記垂直出力線の電位を制限するクリップ手段を有する光電変換装置であって、
前記クリップ手段は、
前記垂直出力線の電位に基づく信号を増幅する増幅回路と、ゲートとソースとの電位差に基づいて前記垂直出力線の電位を制限するMOSトランジスタと、を備え、前記増幅回路により前記MOSトランジスタのゲートの電位を制御することを特徴とする光電変換装置。 - 前記増幅回路は、前記垂直出力線に反転入力端子が接続され、設定された電圧が正転入力端子に印加される演算増幅器を備え、
前記演算増幅器は、前記反転入力端子に印加される電圧と前記正転入力端子に印加される電圧との差に応じた電圧を前記垂直出力線に出力することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記クリップ手段は、
前記設定された電圧を前記正転入力端子に印加する制御手段を更に備え、
前記制御手段は、前記リセット手段により設定されたリセットレベルを前記垂直出力線に読み出す場合には、前記設定された電圧として第1の電圧を前記正転入力端子に印加し、前記光電変換手段に蓄積された信号電荷に基づく信号を前記垂直出力線に読み出す場合には、前記設定された電圧として前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を前記正転入力端子に印加することを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 - 前記演算増幅器は、
前記リセット手段により設定されたリセットレベルを前記垂直出力線に読み出すときに、前記垂直出力線の電圧が前記設定された電圧よりも低い場合には、前記垂直出力線の電圧を前記第1の電圧に安定させるように動作することを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。 - 前記増幅回路は、ゲート接地型増幅器とソース接地型増幅器を含んで構成され、
前記ゲート接地型増幅器は、前記垂直出力線と、設定された電圧の差に応じた電圧を第1のノードに出力し、
前記ソース接地型増幅器は、前記第1のノードを入力とし、出力ノードが前記垂直出力線に接続されることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記垂直出力線には電流源負荷が接続されてい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項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に配置された複数の前記画素を順次選択する垂直走査回路と、
前記垂直走査回路で選択された画素からの信号を、前記垂直出力線を順次選択して読み出す水平走査回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 撮像光学系と、
前記撮像光学系からの被写体像を光電変換し画像情報を生成する請求項7に記載の撮像装置と、
を備えることを特徴とする撮像システム。 - 光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換手段と、前記光電変換手段に蓄積された電荷に基づく信号を増幅し垂直出力線へ出力する増幅手段と、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段と、を含む画素を構成要素として有し、前記垂直出力線の電位を制限するクリップ手段を有する光電変換装置の制御方法であって、
前記クリップ手段は、ゲートとソースとの電位差に基づいて前記垂直出力線の電位を制限するMOSトランジスタのゲートの電位を、前記垂直出力線の電位に基づく信号を増幅することにより制御することを特徴とする光電変換装置の制御方法。
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