JP4551935B2

JP4551935B2 - 固体撮像装置および撮像システム

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Publication number: JP4551935B2
Application number: JP2008028056A
Authority: JP
Inventors: 彰沖田; 拓己樋山; 大藤村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2027-05-02
Also published as: JP2008278460A

Description

本発明は、固体撮像装置及び撮像システムに係り、特に、動画および静止画を撮影可能な固体撮像装置およびそれを備える撮像システムに関する。

固体撮像装置を用いた電子カメラとしては、静止画撮影と動画撮影の双方が可能なものが一般的になってきた。静止画撮影では、高画質・高解像度が要求されることから、動画撮影時の読み出し画素数より多くの画素の情報が必要である。動画撮影時では、静止画撮影時よりも画素数が少ないが、１秒間に決められた枚数のフレーム（例えば、ＮＴＳＣ規格では１秒間に３０枚）を記録する必要がある。したがって、一般的に、動画撮影時の消費電力は大きくなる傾向がある。そこで、動画撮影モードにおいては、固体撮像装置からの読み出しの際に画素を間引いたり、読み出しのクロックレートを落としたりして消費電力を低減する方法がある（特許文献１）。
特開２００４−１５８９５８号公報

しかしながら、動画の読み出し時（動画撮影時）は、読み出し規格により読み出すべき画素数が決まっているので、その読み出し規格から外れるような間引きはできない。また、動画の読み出し時にクロックレートを落とした場合、動画読み出しのためのクロックを発生する発振子と静止画読み出しのためのクロックを発生する発振子とを備える必要がある。更には、その周波数の切り替えの際に不具合を防止するための複雑な回路が要求される。

本発明は、上記の課題認識を基礎としてなされたものであり、例えば、動画撮影モードと静止画撮影モードとにおいてクロックレートを変更することなく動画撮影モードにおける消費電力を抑制することを目的とする。

本発明の１つの側面は、動画および静止画を撮影可能な固体撮像装置に係り、前記固体撮像装置は、複数の画素を含む画素アレイと、前記画素アレイの行を選択する垂直走査回路と、前記画素アレイの列を選択する水平走査回路と、前記画素アレイからの信号が出力される複数の列信号線と、前記複数の列信号線のそれぞれと接地との間に接続された複数の定電流源と、前記複数の定電流源を流れる電流を制御する電流制御部とを備え、前記電流制御部は、動画撮影モードにおいて前記定電流源を流れる電流が静止画撮影モードにおいて前記定電流源を流れる電流よりも小さくなるように前記定電流源を流れる電流を前記静止画撮影モード時よりも前記動画撮影モード時に小さくする。
本発明の好適な実施形態は、動画および静止画を撮影可能な固体撮像装置であって、複数の画素を含む画素アレイから信号を読み出す第１読み出し回路と、前記第１読み出し回路によって読み出された信号を保持する信号保持部と、前記信号保持部に保持された信号を読み出す第２読み出し回路と、前記第１読み出し回路が信号を読み出している時に前記第１読み出し回路の少なくとも一部を流れる電流を制御する電流制御部とを備える。前記電流制御部は、動画撮影モードにおいて前記第１読み出し回路の前記少なくとも一部を流れる電流を静止画撮影モードにおいて前記第１読み出し回路の前記少なくとも一部を流れる電流よりも小さくする固体撮像装置が提供される。

より具体的な実施形態において、前記第１読み出し回路の前記少なくとも一部は増幅部を含む。
より具体的な実施形態において、前記第１読み出し回路は、列信号線を含み、前記画素アレイから前記列信号線を介して信号を読み出し、前記第１読み出し回路の前記少なくとも一部は前記列信号線を含む。
より具体的な実施形態において、前記第１読み出し回路は、増幅部と、前記増幅部をバイパスするバイパス経路とを含み、前記電流制御部は、動画撮影モードでは、前記増幅部を非活性化させるとともに前記バイパス経路によって前記増幅部をバイパスさせ、静止画撮影モードでは、前記増幅部を活性化させるとともに前記バイパス経路を遮断する。
本発明の第２の側面は、撮像システムに係り、前記撮像システムは、上記の固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを備える。

本発明によれば、例えば、動画撮影モードと静止画撮影モードとにおいてクロックレートを変更することなく動画撮影モードにおける消費電力を抑制することができる。

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。

本発明の好適な実施形態の固体撮像装置は、動画および静止画を撮影可能に構成される。この固体撮像装置は、被写体像を電気信号として撮影して、その画像をメモリ媒体に記録したり、表示素子（例えば、液晶表示デバイス）に表示したり、他の装置に送信したりする電子カメラに好適に搭載されうる。

図１は、本発明の第１実施形態の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置は、画素アレイＡ、垂直走査回路１０４、第１読み出し回路（列読み出し回路）１２０、信号保持部１０７、スイッチ１０９、水平走査回路１０８、第２読み出し回路１３０、および、電流制御部１１２を備える。

画素アレイＡは、複数の画素部１０１が複数行および複数列を構成するように２次元状に配列されてなる。なお、図１では、３行３列の画素部１０１で画素アレイＡが構成されているが、これは説明を簡単化することを意図したものであり、画素アレイＡの構成を限定することを意図したものではない。

第１読み出し回路１２０は、画素アレイＡから信号を読み出すように構成され、例えば、列信号線１０２と、第１増幅部１０６と、定電流源１０５とを含みうる。信号保持部１０７は、第１読み出し回路１２０によって読み出された信号を保持する。第２読み出し回路１３０は、信号保持部１０７に保持された信号をスイッチ１０９を介して読み出すように構成され、例えば、第２増幅部１１０を含みうる。第１増幅部１０６および信号保持部１０７は、１列ごとに設けられてもよいし、複数列ごとに設けられてもよい。

垂直走査回路１０４は、典型的には、シフトレジストを含んで構成され、画素アレイＡ中の行を選択する。水平走査回路１０８は、典型的には、シフトレジストを含んで構成され、画素アレイＡ中の列を選択する。この例では、画素アレイＡ中の列の選択は、信号保持部１０７から第２読み出し回路１３０に信号が転送されるようにスイッチ１０９を選択的に活性化することによってなされうる。

電流制御部１１２は、第１読み出し回路１２０が信号を読み出している時に第１読み出し回路１２０の少なくとも一部を流れる電流を制御する。電流制御部１１２は、動画撮影モードにおいて第１読み出し回路１２０の前記少なくとも一部を流れる電流を静止画撮影モードにおいて第１読み出し回路１２０の前記少なくとも一部を流れる電流よりも小さくする。

この実施形態の固体撮像装置では、第２読み出し回路１３０（第２増幅部１１０）からは、動画撮影時と静止画撮影時とにおいて、同一のクロックレートで画像信号が出力される。

図２は、画素１０１、第１増幅部１０６（第１読み出し回路１２０）、信号保持部１０７、電流制御部１１２の詳細な構成例を示す図である。図３は、図１および図２に示す固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。

画素部１０１は、例えば、フォトダイオード（光電変換部）２０１と、転送トランジスタ２０２と、増幅トランジスタ（ソースフォロアトランジスタ）２０３と、リセットトランジスタ２０４と、選択トランジスタ２０５とを含みうる。フォトダイオード２０１において光電変換によって生成された電荷は、転送トランジスタ２０２によってフローティングディフュージョン（以下、ＦＤ）２１７に転送される。この電荷によってＦＤ２１７の電位が定まる。ＦＤ２１７は、増幅トランジスタ２０３のゲートと共通のノードであり、ＦＤ２１７に転送された電荷に基づく信号が増幅トランジスタ２０３によって増幅されて、選択トランジスタ２０５を介して列信号線１０２に出力される。列信号線１０２は、定電流源１０５に接続されていて、ソースフォロア回路が構成されている。

第１増幅部１０６は、例えば、クランプ容量２０６、反転アンプ２０７、フィードバック容量２０８、クランプスイッチ２０９等を含んで構成されうる。列信号線１０２は、第１増幅部１０６のクランプ容量２０６の一端に接続されている。フィードバック容量２０８およびクランプスイッチ２０９は、反転アンプ２０７の入力端と出力端との間に並列に接続されている。

第１増幅部１０６（第１読み出し回路１２０）の出力端は、信号保持部１０７に接続されている。信号保持部１０７は、例えば、スイッチ２１１、２１２、保持容量２１３、２１４を含んで構成されうる。保持容量２１３、２１４は、互いに同一の容量値をもつことが好ましい。第１増幅部１０６（第１読み出し回路１２０）の出力端は、スイッチ２１１、２１２を介して保持容量２１３、２１４にそれぞれ接続されている。

保持容量２１３、２１４に保持された信号は、水平走査回路１０８から提供されるＰＨパルスにしたがって列選択スイッチ２１５、２１６がオンすることによって第２増幅部１１０（第２読み出し回路１３０）に転送される。保持容量２１３、２１４には、それぞれＮ出力、Ｓ出力が保持され、第２増幅部１１０によって、Ｎ出力とＳ出力との差分が増幅される。この動作は、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）動作と呼ばれる。

図３を参照しながら固体撮像装置の動作を説明する。Ｔ＝ｔ１で、選択トランジスタ２０５のゲートに入力される選択信号ＰＳＥＬがハイレベルになる。これにより、増幅トランジスタ２０３が活性化される。この状態では、ＦＤ２１７はリセット電圧ＳＶＤＤによってリセットされている。

Ｔ＝ｔ２で、クランプパルスＰＣ０Ｒがハイレベルになり、反転アンプ２０７がユニティゲインバッファ状態になり、ＶＣ０Ｒの電圧が出力される。

Ｔ＝ｔ３で、リセットトランジスタ２０４のゲートに入力されるリセット信号ＰＲＥＳがローレベルになり、ＦＤ２１７の電位が黒信号レベルに固定され、列信号線１０２の基準電位ＶＮが定まる。

Ｔ＝ｔ４で、クランプパルスＰＣ０Ｒがローレベルになり、列信号線１０２の基準電位ＶＮがクランプされる。

Ｔ＝ｔ５で、ＰＴＮパルスがハイレベルになって信号保持部１０７のスイッチ２１１がオンし、保持容量２１３に、ＶＣ０Ｒの電圧と反転アンプ２０７のオフセット電圧が加算された値の書き込みが始まり、Ｔ＝ｔ６で、この書き込みが終了する。

Ｔ＝ｔ７で、画素部１０１の転送トランジスタ２０２のゲートに入力される転送パルスパルスＰＴＸがハイレベルになり、フォトダイオード２０１の信号電荷がＦＤ２１７に転送され、Ｔ＝ｔ８までに転送が完了する。その後、Ｔ＝ｔ９で、ＰＴＳパルスがハイレベルになって信号保持部１０７のスイッチ２１２がオンし、保持容量２１４に信号が書き込まれる。

転送パルスＰＴＸがハイレベルになることにより列信号線１０２の電位は、ＶＮからＶＳに変化する。信号電荷が電子である場合には、ＶＳ＜ＶＮの関係となる。この電圧の変化量（ＶＳ−ＶＮ）がクランプ容量（Ｃ０）２０６とフィードバック容量（Ｃｆ）２０８との比率（Ｃ０／Ｃｆ）で反転された電圧と、ＶＣ０Ｒの電圧と反転アンプ２０７のオフセット電圧とが加算される。加算された電圧は、信号保持部１０７のスイッチ２１１を介して保持容量２１４に書き込まれる。Ｔ＝ｔ１０で、この書き込みが終了する。

その後、Ｔ＝ｔ１１で、リセット信号ＰＲＥＳがハイレベルになり、画素部１０１のリセットトランジスタ２０４がオンし、ＦＤ２１７がリセットされる。これと同時に選択信号ＰＳＥＬがローレベルにされて選択トランジスタ２０５がオフする。これにより、行の選択が解除される。

その後、Ｔ＝ｔ１２で、水平走査回路１０８から提供されるＰＨパルスによって列選択スイッチ２１５、２１６がオンし、第２増幅部１１０でＮ出力とＳ出力との差を演算して画像信号が出力される。これがＴ＝ｔ１３で終了し、以降は、順次ＰＨパルスに同期して各列の信号が出力される。

この実施形態では、電流制御部１１２によって第１読み出し回路１２０の少なくとも一部を流れる電流を制御する動作を除いて、動画撮影モードと静止画撮影モードとの間に相違点はない。したがって、ＰＨパルスに同期して第２増幅部１１０から出力される画像信号のクロックレートも動画撮影モードと静止画撮影モードにおいて同一である。通常は、このクロックレートを動画撮影モードと静止画撮影モードとにおいて変更すると、水晶発振子を動画撮影モードと静止画撮影モードとにおいて切り替えることになるであろう。しかしながら、このような方法では、周波数切り替えのための複雑な動作が必要になり、部品数の増加を招く。

この実施形態では、電流制御部１１２により、動画撮影モードにおいて第１読み出し回路１２０の少なくとも一部（ここでは第１増幅部１０６）を流れる電流を静止画撮影モードにおいて第１読み出し回路１２０の前記少なくとも一部を流れる電流よりも小さくする。

より具体的には、この実施形態では、電流制御部１１２は、静止画撮影モードでは、第１増幅部１０６を流れる電流の大きさをＩ１とし、動画撮影モードでは、第１増幅部１０６に流れる電流の大きさをＩ２とする。ここで、Ｉ１＞Ｉ２である。

電流制御部１１２は、第１増幅部１０６の定電流トランジスタ２１８のゲートの電圧を制御することによって、定電流トランジスタ２１８を流れる電流、つまり第１増幅部１０６を流れる電流を制御する。電流制御部１１２は、例えば、ゲートとドレインが接続されたトランジスタ１１２ａを含み、このゲートが定電流トランジスタ２１８のゲートに接続されうる。このような構成によれば、定電流トランジスタ２１８は、トランジスタ１１２ａを流れる電流と同じ大きさの電流が流れるようにバイアスされる。このような構成は、カレントミラーと呼ばれる。

ここで、Ｉ１は、静止画撮影モードにおいて、ｔ９〜ｔ１０の期間内に信号電圧を保持容量２１３、２１４に十分に書き込むことができるように決定される。書き込みに必要とされる時間は、保持容量２１３、２１４の容量値、スイッチ２１１、２１２のオン抵抗、反転アンプ２０７の出力インピーダンス及び反転ゲイン等により決まるものである。しかしながら、基本的には、反転アンプ２０７の定電流トランジスタ２１８に流れるテール電流を変えることにより反転アンプ２０７の駆動能力が変わり、保持容量２１３、２１４への信号電圧の書き込み時間を変更することができる。

ここで、無限の時間を使って保持容量２１３、２１４に書き込んだレベルを１００％とする。時定数をτとすると、５τで（１−ｅｘｐ（５τ））＝０．９９３、つまり９９．３％の書き込みができる。静止画撮影モードでは、例えば、５τ相当のレベルまで書き込みが行なわれるように、第１増幅部１０６を流れる電流の大きさＩ１を決定する。これにより、保持容量２１３、２１４に対して十分な書き込みが行なわれ、高品位な出力画像が得られる。

一方、動画撮影モードでは、例えば、４τ相当、つまり（１−ｅｘｐ（４τ））＝０．９８２（９８．２％）の書き込みに抑えるように、第１増幅部１０６を流れる電流の大きさＩ２を決定する。動画撮影モードでは、第１増幅部１０６を流れる電流が小さくなることにより出力振幅が若干低下すること、十分な電圧を保持容量２１３、２１４に書き込みできないことによってノイズが増加しうる。しかしながら、複数枚の画像を連続して見る動画像では、静止画に比べて、許容レベルが広いので、大きな問題にならない。

即ち、書き込み電圧が静止画撮影モードに比べて動画撮影モードにおいて小さい場合でも、視覚的な観点において画質の大きな劣化は生じない。これらの状態を模式的に示したのが図３のＶＮおよびＶＳの信号波形であり、静止画撮影モードを実線、動画撮影モードを点線で示している。

逆に、動画撮影モードにおける消費電流を小さくすることによって画質が向上される。基準電流をＩ２＜Ｉ１にすることにより、第１増幅部１０６の１個あたり（例えば、１列あたり）の消費電流を削減する効果が大きい。例えば、総画素数が１０００万画素を超える電子カメラでは、列数は４０００列を越え、１列あたり５μＡの削減をした場合では全体で２０ｍＡ、電源電圧が５Ｖとすると全体で消費電力が１００ｍＷ低減できる。この発熱による画質の変化は大きい。

特に動画を撮影しながら静止画を撮影する場合、又は、動画像を電子ファインダーで撮影者が見ながら静止画撮影を行ういわゆるライブビュー撮影の場合には、動画撮影モードから静止画撮影モードに瞬時に切り替わる。したがって、動画撮影モードにおける発熱が収まらないまま静止画を撮影することになる。その為、動画撮影モードにおいて発生した熱に起因するランダムノイズが静止画撮影時モードにおける静止画撮影に大きな影響を与えて、静止画の画質を著しく悪化させる可能性がある。したがって、動画撮影モードにおける消費電流を抑えることにより静止画時の画質を向上させることができる。

また、この実施形態によれば、動画撮影モードと静止画撮影モードとの間の切り替えにおいて、クロックレートが変化しないので、動画撮影モードと静止画撮影モードとの間でスムーズな切り替えができる。

図４は、本発明の第２実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。第２実施形態の構成として特に言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。第２実施形態と第１実施形態との相違点は、列信号線１０２に接続された定電流源１０５が電流制御部１１２によって制御される点である。静止画撮影モードにおいて定電流源１０５を流れる電流の大きさをＩ３、動画撮影モードにおいて定電流源１０５を流れる電流の大きさをＩ４とすると、Ｉ３＞Ｉ４の関係になる。

図５は、第２実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。固体撮像装置としての基本的な動作については、図３に示す第１実施形態と同様である。図５のタイミング図と図３のタイミング図との相違点は、ＶＮの変化にある。第１実施形態では、動画撮影モードにおいて、ＶＮ、ＶＳの双方の書き込み速度が静止画撮影モードに比べて遅くなる。第２実施形態では、動画撮影モードにおいて列信号線１０２を流れる電流を静止画撮影モードよりも小さくする。ＶＮの書き込み時は、列信号線１０２の電圧変化が極めて小さいので、保持容量２１３への書き込み速度は第１増幅部１０６により決定される。よって、書き込み速度は低下しない。一方、ＶＳの書き込み速度に関しては、動画撮影モードでは、図５にＶＳの変化を点線で示したように、第１実施形態と同様に低下する。これは、クランプ容量（Ｃ０）２０６への充放電速度が低下することに起因するが、第１実施形態で説明したように、複数枚の画像を連続して見る動画像では、静止画に比べて、許容レベルが広いので、大きな問題にならない。また、第１実施形態と同様に、動作撮影モードにおいて列信号線の消費電流を抑えることにより、静止画モード時の画質を向上させることができる。

ここで、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて、第１増幅部１０６を流れる電流および定電流源１０５を流れる電流の双方を動画撮影モード時に静止画撮影モード時よりも小さくするように電流制御部１１２を構成してもよい。

図６は、本発明の第３実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。第３実施形態の構成として特に言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。

第３実施形態では、列信号線１０２と信号保持部１０７との間で第１増幅部１０６をバイパスするバイパス経路６１０が追加されていること、第１増幅部１０６の反転アンプ２０７内にトランジスタ６０２が追加されている。第３実施形態では、電流制御部１１２に代えて電流制御部６０３が設けられている。電流制御部６０３は、動画撮影モードでは、第１増幅部１０６を非活性化させるとともにバイパス経路６１０によって第１増幅部１０６をバイパスさせ、静止画撮影モードでは、第１増幅部１０６を活性化させるとともにバイパス経路６１０を遮断する。

第１増幅部１０６は、トランジスタ６０２を活性化させることによって活性化され、トランジスタ６０２を非活性化させることによって非活性化され、この制御は、電流制御部６０３によってなされる。バイパス経路６１０は、それに設けられたトランジスタ６０１を活性化させることによって活性化され、これにより第１増幅部１０６がバイパス経路６１０によってバイパスされる。トランジスタ６０１が非活性化されると、バイパス経路６１０が遮断される。この制御は、電流制御部６０３によってなされる。

図７は、第３実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。図７において、静止画撮影モードにおける動作は実線で、動画撮影モードにおける動作は破線で示されている。

固体撮像装置としての基本的な動作については、図３に示す第１実施形態と同様である。モード信号ＰＭＳ、／ＰＭＳは、電流制御部６０３が発生する信号である。モード信号／ＰＭＳは、モード信号ＰＭＳを反転させた信号である。モード信号ＰＭＳは、静止画撮影モード時はローレベル、動作撮影モード時はハイレベルにされる。

したがって、静止画撮影モードでは、バイパス経路６１０を制御するトランジスタ６０１はオフし、反転アンプ２０７の活性化／非活性化を制御するトランジスタ６０２はオンする。したがって、静止画撮影モードでは、図６に示す固体撮像装置は、図２に示す固体撮像装置と実質的に同様の動作をする。

一方、動作撮影モードでは、バイパス経路６１０を制御するトランジスタ６０１はオンし、反転アンプ２０７の活性化／非活性化を制御するトランジスタ６０２はオフする。よって、動画撮影モードでは、反転アンプ２０７には電流が流れなくなり、消費電流を大きく低減することができる。一方、トランジスタ６０１がオンすることにより列信号線１０２が信号保持部１０７に直結される。動画撮影モードでは、反転アンプ２０７を使用しないため、ＰＣ０Ｒパルスを使用しない。また、動画撮影モードでは、保持容量２１３、２１４に書き込まれる信号は、反転アンプ２０７によって反転増幅されていない信号である。

以下、動作撮影モードにおける動作例を説明する。図７において、Ｔ＝ｔ１で、選択トランジスタ２０５のゲートに入力される選択信号ＰＳＥＬがハイレベルになる。これにより、増幅トランジスタ２０３が活性化される。この状態では、ＦＤ２１７はリセット電圧ＳＶＤＤによってリセットされている。

Ｔ＝ｔ５で、ＰＴＳパルスがハイレベルになって、信号保持部１０７のスイッチ２１２がオンし、保持容量２１４に基準信号ＶＮを書き込み始め、Ｔ＝ｔ６で書き込みが終了する。なお、この実施形態では、動作撮影モードにおいて、保持容量２１４に基準信号ＶＮ（Ｎ出力）を書き込み、保持容量２１３に信号ＶＳ（Ｓ出力）を書き込む。

Ｔ＝ｔ７で、画素部１０１内の転送トランジスタ２０２のゲートに入力される転送パルスＰＴＸがハイレベルになり、フォトダイオード２０１の信号電荷がＦＤ２１７に転送され、Ｔ＝ｔ８までに転送が完了する。その後、Ｔ＝ｔ９で、ＰＴＮパルスがハイレベルになって信号保持部１０７のスイッチ２１１がオンし、保持容量２１３に信号ＶＳを書き込む。

転送パルスＰＴＸがハイレベルになることにより列信号線１０２の電位は、ＶＮからＶＳに変化する。信号電荷が電子である場合には、ＶＳ＜ＶＮの関係となる。この電圧値ＶＳが保持容量２１３に直接書き込まれる。

Ｔ＝ｔ１０で書き込みが終了する。その後、Ｔ＝ｔ１１でリセット信号ＰＲＥＳがハイレベルになり、画素部１０１のリセットトランジスタ２０４がオンし、ＦＤ２１７がリセットされる。これと同時に選択信号ＰＳＥＬがローレベルにされて選択トランジスタ２０５がオフする。これにより、行の選択が解除される。

第３実施形態では、動画撮影モードにおいて、第１増幅部を使用しないので、ゲインが小さくなくが、必要であれば第２増幅部１１０で必要なゲインを掛けてもよい。

第３実施形態では、動画撮影モードにおいて、第１増幅部の消費電流を大きく低減することができる。その一方で、第３実施形態の構成は、大きな回路変更も必要なく、各第１読み出し回路ごとに２個のスイッチを設けることにより実現されうる。

第３実施形態の構成は、第２実施形態の構成との併用も可能である。

図８は、本発明の第４実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図であり、図９は、その固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。第４実施形態は、図４に示す第２実施形態の固体撮像装置から第１増幅部１０６を取り除いた構成を有する。

本発明の第１乃至第４実施形態によれば、動画撮影モードと静止画撮影モードとにおいて第２増幅部のクロックレート或いは読み出しレートを変更することなく、動画撮影モードにおける消費電流を静止画撮影モードよりも小さく抑えることができる。

図１０は、本発明の好適な実施形態の撮像システムの概略構成を示す図である。この撮像システムは、上記の第１乃至第４実施形態に係る固体撮像装置４を備える。

被写体の光学像は、レンズ２によって固体撮像装置４の撮像面に結像する。レンズ２の外側には、レンズ２のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア１が設けられうる。レンズ２には、それから出射される光の光量を調節するための絞り３が設けられうる。固体撮像装置４から複数チャンネルで出力される撮像信号は、撮像信号処理回路５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５から複数チャン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６から出力される画像データは、信号処理部７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４、撮像信号処理回路５、Ａ／Ｄ変換器６及び信号処理部７は、タイミング発生部８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５〜８は、固体撮像装置４と同一チップ上に形成されてもよい。この撮像システムの各ブロックは、全体制御・演算部９によって制御される。この撮像システムは、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０、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１１を備える。記録媒体１２は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。この撮像システムは、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１３を備えてもよい。

次に、図１０に示す撮像システムの動作について説明する。バリア１のオープンに応じて、メイン電源、コントロール系の電源、Ａ／Ｄ変換器６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９が絞り３を開放にする。固体撮像装置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へ提供される。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、そのデータを処理して全体制御・演算部９に提供し、全体制御・演算部９において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部９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９は、固体撮像装置４から出力され信号処理部７で処理された信号に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２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２を駆動し、距離を演算する。

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４から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路５において補正等がされ、Ａ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部７で処理される。信号処理部７で処理された画像データは、全体制御・演算部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１２に記録される。また、画像データは、外部Ｉ／Ｆ部１３を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。

本発明の第１実施形態の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す固体撮像装置の詳細な構成例を示す図である。本発明の第１実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。本発明の第２実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。本発明の第２実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。本発明の第３実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。本発明の第３実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。本発明の第４実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す図である。本発明の第４実施形態の固体撮像装置の動作例を示すタイミング図である。本発明の好適な実施形態の撮像システムの概略構成を示す図である。

符号の説明

Ａ画素アレイ
１０１画素部
１０２列信号線
１０４垂直走査回路
１０５定電流源
１０６第１増幅部
１０７信号保持部
１０８水平走査回路
１０９スイッチ
１１０第２増幅部
１２０第１読み出し回路
１３０第２読み出し回路

Claims

動画および静止画を撮影可能な固体撮像装置であって、
複数の画素を含む画素アレイと、
前記画素アレイの行を選択する垂直走査回路と、
前記画素アレイの列を選択する水平走査回路と、
前記画素アレイからの信号が出力される複数の列信号線と、
前記複数の列信号線のそれぞれと接地との間に接続された複数の定電流源と、
前記複数の定電流源を流れる電流を制御する電流制御部とを備え、
前記電流制御部は、動画撮影モードにおいて前記定電流源を流れる電流が静止画撮影モードにおいて前記定電流源を流れる電流よりも小さくなるように前記定電流源を流れる電流を前記静止画撮影モード時よりも前記動画撮影モード時に小さくする、
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記画素アレイから前記複数の列信号線に出力される信号をそれぞれ増幅する複数の第１増幅部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記複数の第１増幅部からの信号を保持する複数の信号保持部と、
前記複数の信号保持部に保持された信号を前記水平走査回路から提供される信号に従って転送する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチにより転送された信号を増幅して出力する第２増幅部と、
を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
前記複数の列信号線からの信号を保持する複数の信号保持部と、
前記複数の信号保持部に保持された信号を前記水平走査回路から提供される信号に従って転送する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチにより転送された信号を増幅して出力する増幅部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記定電流源は第１トランジスタを含み、前記電流制御部は前記第１トランジスタのゲートの電圧を制御することにより電流を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記電流制御部はゲートとドレインが接続された第２トランジスタを含み、
前記定電流源の前記第１トランジスタのゲートと前記電流制御部の前記第２トランジスタのゲートとが接続されてカレントミラーが構成されていることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
前記第１増幅部は、
前記列信号線がその一端に接続されたクランプ容量と、
前記クランプ容量に保持された信号が第１入力端子に入力され、第２入力端子に基準電圧が供給され、それらの差分を出力端子に出力する反転アンプと、
前記反転アンプの前記第１入力端子と前記出力端子との間に接続されたフィードバック容量と、
前記フィードバック容量の両端を接続するクランプスイッチと、を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする撮像システム。