JP5376966B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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Description

本発明は撮像素子及びその制御方法、及び撮像装置に関し、更に詳しくは、画像信号を増幅して出力する撮像素子及びその制御方法、及び撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging element, a control method thereof, and an imaging apparatus, and more particularly to an imaging element that amplifies and outputs an image signal, a control method thereof, and an imaging apparatus.

従来、CCDやCMOSAPS(CMOS Active Pixel Sensor)を撮像素子として使用し、撮影した画像を記録するデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置が販売されている。これらの撮像装置における信号を増幅する方法として、主に撮像素子やアナログフロントエンド(AFE)で行われるアナログ信号増幅と、撮像信号の処理回路で行われるデジタル信号増幅などがある。   2. Description of the Related Art Conventionally, imaging devices such as a digital camera and a digital video camera that use a CCD or CMOS APS (CMOS Active Pixel Sensor) as an imaging device and record a photographed image have been sold. As a method of amplifying a signal in these image pickup apparatuses, there are an analog signal amplification mainly performed by an image sensor or an analog front end (AFE), and a digital signal amplification performed by a processing circuit for the image pickup signal.

ところで、撮像装置で得られる画像の画質についてノイズの点から考えると、画像に現れるノイズは撮像装置内のどの段階で増幅するかによってその量が異なる。一般的に、信号増幅は撮像装置内の前段で行う方が画像に現れるノイズが少ないが、その理由は、撮像装置内の後段でゲインをかけると、前段と後段との間で発生するノイズも増幅してしまうからである。このように、撮像装置内で信号増幅を行う際は、途中でノイズが混入することから、一般的には光電変換素子に近い側で信号増幅を行う方が画質のよい画像が得られる。光電変換素子に近い側で信号増幅を行う撮像素子として、例えば、特許文献1には列毎にアンプを有する形式の撮像素子が記載されている。   By the way, considering the image quality of the image obtained by the imaging device from the viewpoint of noise, the amount of noise appearing in the image differs depending on which stage in the imaging device is amplified. In general, signal amplification is less likely to appear in the image when it is performed at the front stage in the imaging device. This is because if the gain is applied at the rear stage in the imaging device, noise generated between the front stage and the rear stage is also generated. Because it will amplify. As described above, when signal amplification is performed in the imaging apparatus, noise is mixed in the middle of the image pickup device. Therefore, an image with better image quality is generally obtained by performing signal amplification closer to the photoelectric conversion element. As an image sensor that performs signal amplification on the side close to the photoelectric conversion element, for example, Patent Document 1 discloses an image sensor having an amplifier for each column.

特開2005‐217771号公報JP 2005-217771 A

ところで、近年のデジタルカメラなどでは、光電変換素子から得られる信号により多くのゲインをかけ、高感度を実現している。しかし、ゲインをかければかけるほど、従来には問題にならなかった特性が顕著になってしまう。例えば、暗時のシェーディングなどがアンプなどの回路の駆動能力不足によって顕著に発生する。これらの特性は、アンプなどの回路の駆動能力などを上げることによって改善する。回路の駆動能力を上げる方法として、回路に流す電流を増やすことが考えられるが、単に電流を増やすと、消費電力の増大につながってしまう。   By the way, in recent digital cameras and the like, high gain is realized by applying more gain to a signal obtained from a photoelectric conversion element. However, as the gain is increased, characteristics that have not been a problem in the past become more prominent. For example, shading in the dark occurs remarkably due to insufficient driving capability of a circuit such as an amplifier. These characteristics are improved by increasing the drive capability of a circuit such as an amplifier. As a method for increasing the driving capability of the circuit, it is conceivable to increase the current flowing through the circuit. However, simply increasing the current leads to an increase in power consumption.

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、消費電力を最小限に抑えると共に、高感度時の撮影においても高画質な画像を得ることができるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to minimize power consumption and to obtain a high-quality image even in high sensitivity shooting.

上記目的を達成するために、本発明の撮像素子は、入射光に応じた電荷を発生する光電変換手段と、前記電荷に応じた電圧信号を増幅する第1の増幅手段とを備えた画素が2次元に配置された配列と、前記第1の増幅手段により増幅された前記電圧信号を出力する出力線と、前記出力線に電流を供給する第1の電流源と、第2の電流源を備え、前記出力線に出力された前記電圧信号を増幅する第2の増幅手段と、前記第1の電流源による供給電流量を設定する第1の電流量設定手段、前記第2の電流源による供給電流量を設定する第2の電流量設定手段と、を有し、前記第1の電流量設定手段は、前記第2の増幅手段のゲインに応じた電流量の電流を前記第1の電流源が前記出力線に供給するように供給電流量を設定する。 In order to achieve the above object, an image pickup device according to the present invention includes a pixel including a photoelectric conversion unit that generates a charge according to incident light and a first amplification unit that amplifies a voltage signal according to the charge. a picture element array arranged in a two-dimensional, the first output line for outputting the voltage signal amplified by the amplifying means, a first current source for supplying a current to the output line, the second current A second amplifying means for amplifying the voltage signal output to the output line; a first current amount setting means for setting a current supply amount by the first current source ; possess a second current setting means for setting the supply current amount by the current source, wherein the first current amount setting means, wherein the current of the current with a magnitude corresponding to the gain of the second amplifying means the The supply current amount is set so that one current source supplies the output line .

また、本発明の撮像装置は、上記撮像素子を搭載したことを特徴とする。   In addition, an imaging apparatus according to the present invention includes the above-described imaging element.

消費電力を最小限に抑えると共に、高感度時の撮影においても高画質な画像を得ることができる。   In addition to minimizing power consumption, high-quality images can be obtained even when shooting at high sensitivity.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施の形態における撮像素子100の全体構成を概略的に示す図である。図1において、101は複数の画素から成る画素部、102は垂直選択回路、103は読み出し回路、104は水平選択回路である。画素部101を構成する画素の内、垂直選択回路102により選択された行の信号が読み出し回路103に転送され、水平選択回路104の駆動により、読み出し回路103から撮像素子100の外部に出力される。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an image sensor 100 according to the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a pixel portion composed of a plurality of pixels, 102 denotes a vertical selection circuit, 103 denotes a readout circuit, and 104 denotes a horizontal selection circuit. Among the pixels constituting the pixel portion 101, the signal of the row selected by the vertical selection circuit 102 is transferred to the readout circuit 103, and is output from the readout circuit 103 to the outside of the image sensor 100 by driving the horizontal selection circuit 104. .

図2は、図1に示す画素部101内の1画素の構成、及び、読み出し回路103の内、その画素から信号を読み出すための構成を示す回路図である。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of one pixel in the pixel unit 101 illustrated in FIG. 1 and a configuration for reading a signal from the pixel in the reading circuit 103.

各画素201は、フォトダイオード(PD)202、転送スイッチ203、フローティングディフュージョン部(FD)204、リセットスイッチ207、増幅MOSアンプ205、及び、選択スイッチ206を含む。   Each pixel 201 includes a photodiode (PD) 202, a transfer switch 203, a floating diffusion unit (FD) 204, a reset switch 207, an amplification MOS amplifier 205, and a selection switch 206.

PD202は、光学系を通して入射する光を光電変換する光電変換部として機能する。PD202のアノードは接地され、カソードは転送スイッチ203のソースに接続される。転送スイッチ203は、そのゲートに入力される転送パルスφTXによって駆動され、PD202で発生した電荷をFD204に転送する。FD204は、電荷を一時的に蓄積するとともに蓄積した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。   The PD 202 functions as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light incident through the optical system. The anode of the PD 202 is grounded, and the cathode is connected to the source of the transfer switch 203. The transfer switch 203 is driven by a transfer pulse φTX input to its gate, and transfers the charge generated in the PD 202 to the FD 204. The FD 204 functions as a charge-voltage conversion unit that temporarily accumulates charges and converts the accumulated charges into a voltage signal.

増幅MOSアンプ205はソースフォロアとして機能し、そのゲートにはFD204で電荷電圧変換された電気信号が入力される。また、増幅MOSアンプ205は、そのドレインが第1電位を提供する第1電源線VDD1に接続され、そのソースが選択スイッチ206に接続されている。選択スイッチ206は、垂直選択回路102からそのゲートに入力される垂直選択パルスφSELによって駆動され、そのドレインが増幅MOSアンプ205に接続され、そのソースが垂直信号線208に接続されている。垂直選択パルスφSELがアクティブレベル(ハイレベル)になると、画素アレイの該当する行に属する画素の選択スイッチ206が導通状態になり、増幅MOSアンプ205のソースが垂直信号線208に接続される。   The amplification MOS amplifier 205 functions as a source follower, and an electric signal that has been subjected to charge-voltage conversion by the FD 204 is input to its gate. The amplification MOS amplifier 205 has its drain connected to the first power supply line VDD1 that provides the first potential, and its source connected to the selection switch 206. The selection switch 206 is driven by a vertical selection pulse φSEL input to the gate thereof from the vertical selection circuit 102, its drain is connected to the amplification MOS amplifier 205, and its source is connected to the vertical signal line 208. When the vertical selection pulse φSEL becomes an active level (high level), the selection switches 206 of the pixels belonging to the corresponding row of the pixel array are turned on, and the source of the amplification MOS amplifier 205 is connected to the vertical signal line 208.

リセットスイッチ207は、そのドレインが第2電位(リセット電位)を提供する第2電源線VDD2に接続され、そのソースがFD204に接続されている。リセットスイッチ207のゲートに入力されるリセットパルスφRESによって駆動されて、FD204をリセット電位にリセットして蓄積されている電荷を除去する。   The reset switch 207 has a drain connected to a second power supply line VDD2 that provides a second potential (reset potential), and a source connected to the FD 204. Driven by a reset pulse φRES input to the gate of the reset switch 207, the FD 204 is reset to a reset potential to remove accumulated charges.

FD204及び増幅MOSアンプ205の他、垂直信号線208に定電流を供給する定電流源209(第1の電流源)によってフローティングディフュージョンアンプが構成される。選択スイッチ206で選択された行を構成する各画素において、FD204に転送された電荷がFD204で電圧信号に変換されて、フローティングディフュージョンアンプを通じて読み出し回路103の内の対応する回路に出力される。 FD204 and another MOS amplifier 205, a floating diffusion amplifier is constituted by a constant current source 209 (first current source) for supplying a constant current to the vertical signal line 208. In each pixel constituting the row selected by the selection switch 206, the charge transferred to the FD 204 is converted into a voltage signal by the FD 204 and output to a corresponding circuit in the readout circuit 103 through the floating diffusion amplifier.

容量210はFD204のリセット電位をリセットレベル信号としてクランプするためのクランプコンデンサであり、垂直信号線208に接続される。また、コンデンサ212、アンプ211と合わせて垂直信号線208から読み出した信号にゲインをかける。また、クランプスイッチ213とクランプパルスφCとを合わせてクランプ動作が行われる。具体的にはクランプパルスφCがオンのときにクランプ電位Vrefの電位に垂直信号線208の電位をクランプする。   A capacitor 210 is a clamp capacitor for clamping the reset potential of the FD 204 as a reset level signal, and is connected to the vertical signal line 208. In addition, a gain is applied to the signal read from the vertical signal line 208 together with the capacitor 212 and the amplifier 211. Further, the clamp operation is performed by combining the clamp switch 213 and the clamp pulse φC. Specifically, when the clamp pulse φC is on, the potential of the vertical signal line 208 is clamped to the clamp potential Vref.

スイッチ218は、アンプ211(増幅手段)のオフセットを読み出すためのスイッチであり、水平選択回路104から供給されるオフセット読み出しパルスφTNにより駆動される。オフセット蓄積容量219には、画素信号の読み出しの直前にアンプのオフセット信号が蓄積される。 Switch 218 is a switch for reading out the offset of the amplifier 211 (amplification means), it is driven by an offset read pulse φTN supplied from the horizontal selection circuit 104. In the offset storage capacitor 219, the offset signal of the amplifier is stored immediately before reading out the pixel signal.

スイッチ220は、PD202で発生した電荷信号からクランプ動作で低減したノイズ信号の差分に応じた電圧信号を読み出すためのスイッチであり、水平選択回路104から供給される信号読み出しパルスφTSにより駆動される。信号レベル蓄積容量221には、画素信号の読み出し時に、その画素信号からノイズを低減した信号が蓄積される。   The switch 220 is a switch for reading a voltage signal corresponding to the difference between the noise signals reduced by the clamping operation from the charge signal generated in the PD 202, and is driven by a signal read pulse φTS supplied from the horizontal selection circuit 104. The signal level storage capacitor 221 stores a signal obtained by reducing noise from the pixel signal when the pixel signal is read.

差動アンプ223は、オフセット蓄積容量219に蓄積された信号のレベルと信号レベル蓄積容量221に蓄積された信号のレベルとの差分を出力線224に出力するアンプである。スイッチ225、226は、水平選択回路104から供給される水平信号選択パルスφHi(iは、現在駆動中の列を表す)によって駆動されて、それぞれ容量219、221の電位を差動アンプ223に伝達する。   The differential amplifier 223 is an amplifier that outputs the difference between the level of the signal stored in the offset storage capacitor 219 and the level of the signal stored in the signal level storage capacitor 221 to the output line 224. The switches 225 and 226 are driven by a horizontal signal selection pulse φHi (i represents a currently driven column) supplied from the horizontal selection circuit 104 and transmit the potentials of the capacitors 219 and 221 to the differential amplifier 223, respectively. To do.

ここで、差動アンプ223の入力端子に接続された共通出力線227a、227bには、典型的には、水平信号選択パルスφH1〜φH(i‐1)、φH(i+1)〜φHnで駆動される他の列のスイッチ225、226が接続される。つまり、垂直信号線208からスイッチ226までは、列毎に構成され、差動アンプ223は、撮像素子100の読み出しチャンネル数だけ構成される。なお、nは、画素部101の列数である。   Here, the common output lines 227a and 227b connected to the input terminals of the differential amplifier 223 are typically driven by horizontal signal selection pulses φH1 to φH (i−1) and φH (i + 1) to φHn. The other rows of switches 225, 226 are connected. That is, the vertical signal line 208 to the switch 226 are configured for each column, and the differential amplifier 223 is configured for the number of read channels of the image sensor 100. Note that n is the number of columns of the pixel unit 101.

図3は、定電流源209の構成を示す回路図である。MOSトランジスタを飽和特性領域で使用することで定電流特性を得る。301はトランジスタであり、そのドレインが垂直信号線208に接続され、ソースがグランド電位に接続される。また、そのゲートには電圧Viが印加されており、電圧Viに応じたドレイン電流を定電流として使用している。   FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the constant current source 209. A constant current characteristic is obtained by using a MOS transistor in a saturation characteristic region. A transistor 301 has a drain connected to the vertical signal line 208 and a source connected to the ground potential. A voltage Vi is applied to the gate, and a drain current corresponding to the voltage Vi is used as a constant current.

図4は、図2に示す各画素201の駆動パターンを示している。期間t401においてリセットパルスφRESと転送パルスφTXが印加されてリセットスイッチ207と転送スイッチ203がオンし、PD202とFD204の電位がリセット電位にリセットされる。そして、そのリセットの終了とともに新たな露光期間が開始される。   FIG. 4 shows a drive pattern of each pixel 201 shown in FIG. In a period t401, the reset pulse φRES and the transfer pulse φTX are applied, the reset switch 207 and the transfer switch 203 are turned on, and the potentials of the PD 202 and the FD 204 are reset to the reset potential. Then, a new exposure period starts with the end of the reset.

その後、垂直選択パルスφSELが印加されて選択スイッチ206をオンすることによって読み出し行が選択される。読み出し行が選択されると垂直信号線208がFD204のリセット電位に応じた電位に充電される。   Thereafter, the vertical selection pulse φSEL is applied and the selection switch 206 is turned on to select the readout row. When the reading row is selected, the vertical signal line 208 is charged to a potential corresponding to the reset potential of the FD 204.

期間t402においてクランプパルスφCが印加されてクランプスイッチ213がオンすることによって、アンプ211の出力はFD204のリセット電位に応じた値がクランプコンデンサ210を介してクランプ電位Vfefにクランプされる。さらに期間t403において、オフセット読み出しパルスφTNが印加されてスイッチ218がオンすることによって、FD204のリセットレベルがアンプ211でゲイン倍されて容量219に書き込まれる。   In the period t402, the clamp pulse φC is applied and the clamp switch 213 is turned on, whereby the output of the amplifier 211 is clamped to the clamp potential Vfef via the clamp capacitor 210 according to the reset potential of the FD 204. Further, in a period t403, the offset read pulse φTN is applied and the switch 218 is turned on, whereby the reset level of the FD 204 is multiplied by the gain by the amplifier 211 and written to the capacitor 219.

期間t404において転送パルスφTXが印加される。転送パルスφTXが印加されることによって転送スイッチ203がオンし、PD202に蓄積されていた電荷がFD204に転送されるとともにFD204の電位に応じた電位に垂直信号線208が充電される。ここでクランプコンデンサ210の出力側(垂直線と接続していない側)の電位はVfefとPD202の信号に応じた電位となる。すなわちクランプ回路によって、画素201毎の増幅MOSアンプ205が有する固定パターンノイズやリセットスイッチ207のリセットノイズが取り除かれている。   In the period t404, the transfer pulse φTX is applied. When the transfer pulse φTX is applied, the transfer switch 203 is turned on, the charge accumulated in the PD 202 is transferred to the FD 204, and the vertical signal line 208 is charged to a potential corresponding to the potential of the FD 204. Here, the potential on the output side (the side not connected to the vertical line) of the clamp capacitor 210 is a potential corresponding to the signals of Vfef and PD202. That is, the clamp circuit removes fixed pattern noise of the amplification MOS amplifier 205 for each pixel 201 and reset noise of the reset switch 207.

さらに期間t405において、信号読み出しパルスφTSを印加してスイッチ220をオンすることによって、信号が容量221に書き込まれる。   Further, in a period t405, a signal is written in the capacitor 221 by applying the signal read pulse φTS and turning on the switch 220.

期間t406においてパルスφHiが印加されると、スイッチ225、スイッチ226がオンする。これにより、信号レベル蓄積容量221に格納された信号とオフセット蓄積容量219に格納された信号との差分が差動アンプ223によって増幅されて出力線224に出力される。このような構成をとることで、信号レベルとリセットレベルとの差分が増幅して出力されるので、撮像素子の固定パターンノイズを低減し、また画素のリセットスイッチのばらつきによるノイズを低減することができる。   When the pulse φHi is applied in the period t406, the switch 225 and the switch 226 are turned on. As a result, the difference between the signal stored in the signal level storage capacitor 221 and the signal stored in the offset storage capacitor 219 is amplified by the differential amplifier 223 and output to the output line 224. By adopting such a configuration, the difference between the signal level and the reset level is amplified and output, so that fixed pattern noise of the image sensor can be reduced, and noise caused by variations in the reset switch of the pixel can be reduced. it can.

アンプ211のゲインは容量210と容量212の比で決定される。図示しないが、容量212は複数の選択的に接続可能な容量で構成され、その容量値を切り替えることによって、アンプ211でかけるゲインを変更することができる。複数の容量が接続されて、容量212の容量値が大きいときは低ゲインとなり、逆に、接続された容量が少なく、容量値が小さいときは高ゲインとなる。 The gain of the amplifier 211 is determined by the ratio of the capacitor 210 and the capacitor 212. Although not shown, the capacitance 21 2 is composed of a plurality of selectively connectable capacity, by switching the capacitance value, it is possible to change the amplifier 211 going out gain. When a plurality of capacitors are connected and the capacitance value of the capacitor 212 is large, the gain is low. Conversely, when the connected capacitance is small and the capacitance value is small, the gain is high.

高ゲインがかかっている場合には、暗時の特性もゲイン倍されてしまうので、定電流源209の能力を増やすために、電圧Viを上げる。   When the high gain is applied, the dark characteristic is also multiplied by the gain, so the voltage Vi is increased to increase the capacity of the constant current source 209.

電圧Viは外部で生成することも可能であるが、装置内部で電流バイアス回路を用いて生成しても構わない。ここで、電圧Viを電流バイアス回路を用いて生成する場合について図5を用いて説明する。   The voltage Vi can be generated externally, but may be generated using a current bias circuit inside the apparatus. Here, a case where the voltage Vi is generated using a current bias circuit will be described with reference to FIG.

図5は抵抗を使用して定電流を垂直信号線208にコピーする回路の一例である。低ゲイン時にはスイッチ501がオフになるようにパルスΦR+はネガティブレベル(ローレベル)になっており、定電流能力を決定する電圧Viは最終的に抵抗502によって制御された電流Iによって決まる。ここで、高ゲインで撮影するときはΦR+をアクティブレベル(ハイレベル)にすることによって電流Iは抵抗502と503によって決定されるようになる。すなわち、抵抗を並列接続することによって抵抗値を減らすことで、電流Iを増大させる。電流Iが増大すると電圧Viは増加するので、定電流能力は増大することになる。   FIG. 5 shows an example of a circuit that copies a constant current to the vertical signal line 208 using a resistor. The pulse ΦR + is at a negative level (low level) so that the switch 501 is turned off when the gain is low, and the voltage Vi that determines the constant current capability is finally determined by the current I controlled by the resistor 502. Here, when photographing at a high gain, the current I is determined by the resistors 502 and 503 by setting ΦR + to an active level (high level). That is, the current I is increased by reducing the resistance value by connecting resistors in parallel. Since the voltage Vi increases as the current I increases, the constant current capability increases.

図6はアンプ211のゲインに応じて変更する定電流源209の電流量の一例を示すテーブルである。アンプ211のゲインが1倍から8倍までは定電流源209は20μAを流し、16倍では30μAを流し、32倍では40μAを流す。このように高ゲイン時だけ電流を増やすことで、暗時の特性を改善することができる。   FIG. 6 is a table showing an example of the current amount of the constant current source 209 that is changed according to the gain of the amplifier 211. When the gain of the amplifier 211 is 1 to 8 times, the constant current source 209 passes 20 μA, when it is 16 times, it flows 30 μA, and when it is 32 times, it flows 40 μA. Thus, by increasing the current only at the time of high gain, it is possible to improve the dark characteristic.

ところで、暗時の特性はアンプ211の能力によっても変動する。図7は基本的な差動増幅器を示す回路図である。このような回路によってアンプ211を構成することが可能である。701で示すように、アンプ211も定電流源(第2の電流源)を有する。定電流源701の電流を高ゲイン時だけ上げることによって、アンプ211の能力を改善することが可能である。   By the way, the characteristic at the time of darkness fluctuates also with the capability of the amplifier 211. FIG. 7 is a circuit diagram showing a basic differential amplifier. The amplifier 211 can be configured by such a circuit. As indicated by reference numeral 701, the amplifier 211 also has a constant current source (second current source). The capacity of the amplifier 211 can be improved by increasing the current of the constant current source 701 only at high gain.

図8はアンプ211のゲインに応じて変更する定電流源209の電流量と、アンプ211の定電流源701の電流量との関係の一例を示すテーブルである。アンプ211のゲインが1倍から8倍までは定電流源209は20μAを流し、16倍では30μAを流し、32倍では40μAを流す。同時にアンプ211のゲインが1倍から4倍までは定電流源701は30μAを流し、8倍から32倍は40μAを流す。   FIG. 8 is a table showing an example of the relationship between the current amount of the constant current source 209 changed according to the gain of the amplifier 211 and the current amount of the constant current source 701 of the amplifier 211. When the gain of the amplifier 211 is 1 to 8 times, the constant current source 209 passes 20 μA, when it is 16 times, it flows 30 μA, and when it is 32 times, it flows 40 μA. At the same time, the constant current source 701 passes 30 μA when the gain of the amplifier 211 is 1 to 4 times, and 40 μA when 8 to 32 times.

このようにアンプ211の定電流源701の電流量と、定電流源209の電流量とを別々に切り替える。このように制御することによって、定電流源209の能力不足による暗時特性とアンプ211の電流源701の能力不足による暗時特性をそれぞれ必要に応じて改善することが可能となる。   In this way, the current amount of the constant current source 701 of the amplifier 211 and the current amount of the constant current source 209 are switched separately. By controlling in this way, it is possible to improve the dark time characteristics due to the insufficient capacity of the constant current source 209 and the dark time characteristics due to the insufficient capacity of the current source 701 of the amplifier 211 as necessary.

なお、図6及び図8に示すゲインと電流量との関係は一例であり、アンプ211及び定電流源209及び定電流源701の能力に応じて、適宜変更することができる。   The relationship between the gain and the current amount shown in FIGS. 6 and 8 is an example, and can be changed as appropriate according to the capabilities of the amplifier 211, the constant current source 209, and the constant current source 701.

次に、図5を参照して、上述した駆動方法により駆動される撮像素子を、撮像装置であるデジタルカメラに搭載した場合の一例について説明する。   Next, with reference to FIG. 5, an example in which the imaging device driven by the above-described driving method is mounted on a digital camera that is an imaging device will be described.

図9において、901は被写体の光学像を撮像素子100に結像させるレンズ部で、レンズ駆動回路902によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われる。903はメカニカルシャッタでシャッタ制御回路904によって制御される。レンズ部901で結像された被写体を画像信号として取り込むための撮像素子100は、上述した構成を有する。906は撮像素子100より出力される画像信号に各種の補正を行ったり、データを圧縮したりする撮像信号処理回路である。907は撮像素子100、撮像信号処理回路906に、各種タイミング信号を出力する駆動手段であるタイミング発生部、909は各種演算と撮像装置全体を制御する全体制御・演算部である。908は画像データを一時的に記憶する為のメモリ、910は記録媒体に記録また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(I/F)、911は画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。912は各種情報や撮影画像を表示する表示部、913は測光部(測光手段)、914は焦点検出部である。   In FIG. 9, reference numeral 901 denotes a lens unit that forms an optical image of a subject on the image sensor 100, and zoom control, focus control, aperture control, and the like are performed by a lens driving circuit 902. A mechanical shutter 903 is controlled by a shutter control circuit 904. The image sensor 100 for capturing the subject imaged by the lens unit 901 as an image signal has the above-described configuration. An image signal processing circuit 906 performs various corrections on the image signal output from the image sensor 100 and compresses data. A timing generation unit 907 is a driving unit that outputs various timing signals to the imaging device 100 and the imaging signal processing circuit 906. An overall control / calculation unit 909 controls various calculations and the entire imaging apparatus. Reference numeral 908 denotes a memory for temporarily storing image data, reference numeral 910 denotes a recording medium control interface (I / F) for recording or reading on the recording medium, and reference numeral 911 denotes a semiconductor memory for recording or reading image data. It is a removable recording medium. Reference numeral 912 denotes a display unit that displays various types of information and captured images, 913 denotes a photometric unit (photometric means), and 914 denotes a focus detection unit.

次に、上記構成を有するデジタルカメラにおける撮影時の動作について説明する。   Next, the operation at the time of shooting in the digital camera having the above configuration will be described.

メイン電源がオンされると、制御系の電源がオンし、更に撮像信号処理回路906などの撮像系回路の電源がオンされる。   When the main power supply is turned on, the power supply for the control system is turned on, and the power supply for the image pickup system circuit such as the image pickup signal processing circuit 906 is turned on.

その後、不図示のレリーズボタンが押されると、焦点検出部914から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し、被写体の焦点状態の検出を全体制御・演算部909で行う。その後、レンズ駆動回路902によりレンズ部901を駆動して、焦点検出部914から出力された信号をもとに合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ部901を駆動し、合焦状態を判断する。   Thereafter, when a release button (not shown) is pressed, a high frequency component is extracted based on a signal output from the focus detection unit 914, and the focus state of the subject is detected by the overall control / calculation unit 909. Thereafter, the lens drive circuit 902 drives the lens unit 901 to determine whether or not the lens is in focus based on the signal output from the focus detection unit 914. The unit 901 is driven to determine the in-focus state.

合焦が確認された後に撮影動作が開始する。撮影動作を開始するにあたり、カメラで設定されている感度設定に応じて、撮像素子100のゲイン設定を行う。感度設定は、測光部913の測光結果により得られる測光値から求めてもよいし、不図示の感度設定ボタンなどによって設定してもよい(感度設定手段)。   The shooting operation starts after the in-focus state is confirmed. When starting the shooting operation, the gain of the image sensor 100 is set according to the sensitivity setting set by the camera. The sensitivity setting may be obtained from a photometric value obtained from the photometric result of the photometric unit 913, or may be set by a sensitivity setting button (not shown) (sensitivity setting means).

撮影動作が終了すると、撮像素子100から出力された画像信号は撮像信号処理回路906で画像処理され、全体制御・演算部909によりメモリに書き込まれる。メモリ908に蓄積されたデータは、全体制御・演算部909の制御により記録媒体制御I/F部910を通り記録媒体911に記録される。   When the photographing operation is completed, the image signal output from the image sensor 100 is image-processed by the image-capturing signal processing circuit 906 and written to the memory by the overall control / calculation unit 909. The data stored in the memory 908 is recorded on the recording medium 911 through the recording medium control I / F unit 910 under the control of the overall control / arithmetic unit 909.

また、不図示の外部I/F部を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行うようにしてもよい。   Further, the image may be processed by directly inputting to a computer or the like through an external I / F unit (not shown).

上記の通り本実施の形態によれば、アンプ211に設定されるゲインに応じてアンプ211に供給する電流量を変えるため、消費電力を最小限に抑えると共に、高感度時の撮影においても高画質な画像を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the amount of current supplied to the amplifier 211 is changed according to the gain set in the amplifier 211, so that power consumption is minimized and high image quality is achieved even when shooting at high sensitivity. Can be obtained.

本発明の実施の形態における撮像素子の全体構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an image sensor in an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における撮像素子における1画素の構成及びその画素から信号を読み出すための構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of one pixel and a configuration for reading a signal from the pixel in the image sensor according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における定電流源を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the constant current source in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における撮像素子の駆動方法を示すタイミング図である。FIG. 4 is a timing diagram illustrating a method for driving an image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における定電流源に供給する電圧を生成する構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure which produces | generates the voltage supplied to the constant current source in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるアンプ211のゲイン設定と電流量との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the gain setting of the amplifier 211 in embodiment of this invention, and electric current amount. 本発明の実施の形態におけるアンプ211の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the amplifier 211 in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるアンプ211のゲイン設定と電流量との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the gain setting of the amplifier 211 in embodiment of this invention, and electric current amount. 本発明の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging device in embodiment of this invention.

201 画素
202 フォトダイオード(PD)
203 転送スイッチ
204 フローティングディフュージョン部(FD)
205 増幅MOSアンプ
206 選択スイッチ
207 リセットスイッチ
208 垂直信号線
210 容量
211 アンプ
212 コンデンサ
213 クランプスイッチ
201 pixels 202 photodiode (PD)
203 Transfer switch 204 Floating diffusion part (FD)
205 Amplifying MOS Amplifier 206 Selection Switch 207 Reset Switch 208 Vertical Signal Line 210 Capacitance 211 Amplifier 212 Capacitor 213 Clamp Switch

Claims (8)

入射光に応じた電荷を発生する光電変換手段と、前記電荷に応じた電圧信号を増幅する第1の増幅手段とを備えた画素が2次元に配置された配列と、
前記第1の増幅手段により増幅された前記電圧信号を出力する出力線と、
前記出力線に電流を供給する第1の電流源と、
第2の電流源を備え、前記出力線に出力された前記電圧信号を増幅する第2の増幅手段と、
前記第1の電流源による供給電流量を設定する第1の電流量設定手段
前記第2の電流源による供給電流量を設定する第2の電流量設定手段と、
を有し、前記第1の電流量設定手段は、前記第2の増幅手段のゲインに応じた電流量の電流を前記第1の電流源が前記出力線に供給するように供給電流量を設定することを特徴とする撮像素子。
Photoelectric conversion means for generating a charge corresponding to incident light, a picture element array pixels and a first amplifying means are arranged in a two-dimensional amplifying a voltage signal corresponding to the charge,
An output line for outputting the voltage signal amplified by the first amplification means ;
A first current source for supplying current to the output line;
A second current source, a second amplifying means for amplifying the voltage signal output to the output line,
First current amount setting means for setting the amount of current supplied by the first current source ;
Second current amount setting means for setting the amount of current supplied by the second current source;
Have a, the first current amount setting means sets the supply current amount of current of a current amount corresponding to the gain of the second amplifying means such that the first current source is supplied to the output line An image pickup device characterized by:
前記第2の電流量設定手段は、前記第2の増幅手段のゲインに応じた電流量の電流を前記第2の電流源が供給するように供給電流量を設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。  The second current amount setting means sets a supply current amount so that the second current source supplies a current having a current amount corresponding to a gain of the second amplifying means. The imaging device according to 1. 前記第1の電流量設定手段および前記第2の電流量設定手段は、前記第2の増幅手段ゲインが大きくなるにつれて、前記第1の電流源および前記第2の電流源による供給電流量がそれぞれ増加するように、供給電流量を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。 In the first current amount setting means and the second current amount setting means, the amount of current supplied by the first current source and the second current source increases as the gain of the second amplifying means increases. to increase each image sensor according to claim 1 or 2, characterized in that to set the supply current amount. 前記第1の電流量設定手段および前記第2の電流量設定手段は、前記第2の増幅手段のゲインに対する前記第1の電流源による供給電流量と、前記第2の電流源による供給電流量を別々に切り替えることを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。  The first current amount setting unit and the second current amount setting unit include a supply current amount by the first current source and a supply current amount by the second current source with respect to the gain of the second amplification unit. The imaging element according to claim 3, wherein the image pickup device is switched separately. 前記第2の増幅手段は、前記出力線毎に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像素子。 Said second amplifying means, the imaging device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that provided before each Kide force lines. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像素子を搭載したことを特徴とする撮像装置。 Imaging apparatus characterized by mounting the imaging device according to any one of claims 1 to 5. 測光手段と、
前記測光手段の測光結果に基づいて、前記第2の増幅手段のゲインを変更するように制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
Photometric means;
The imaging apparatus according to claim 6 , further comprising a control unit that controls to change a gain of the second amplification unit based on a photometric result of the photometry unit.
外部から感度の設定を受け付ける感度設定手段と、
前記感度設定手段により設定された感度に基づいて、前記第2の増幅手段のゲインを変更するように制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項またはに記載の撮像装置。
Sensitivity setting means for accepting sensitivity settings from the outside;
On the basis of the sensitivity set by the sensitivity setting means, the imaging apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that a control means for controlling to change the gain of the second amplifying means.
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