WO2018051819A1 - 撮像素子および駆動方法、並びに電子機器 - Google Patents

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辰樹 西野
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ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to an imaging device, a driving method, and an electronic device, and more particularly, to an imaging device, a driving method, and an electronic device that can speed up switching of operation modes.
  • a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor is used.
  • the solid-state imaging device has a pixel in which a PD (photodiode) that performs photoelectric conversion and a plurality of transistors are combined, and outputs from a plurality of pixels arranged on an image plane on which a subject image is formed. An image is constructed based on the pixel signals to be processed.
  • the solid-state imaging device incorporates a positive power source and a negative power source mainly composed of a switching power source such as a charge pump in order to drive the pixels.
  • a switching power source such as a charge pump
  • the output of the switching power supply may require a different voltage output depending on the operation mode of the solid-state imaging device, so that it is necessary to adjust the output voltage linearly when switching the operation mode. there were.
  • the switching power supplies that are reducing power consumption have secured the source capability but not the sink capability.
  • the source capacity is ensured by the number of switching times, so that switching is not performed when a sink is necessary, and the load from the feedback side is set.
  • the output voltage is changed by drawing current. Therefore, the stabilization of the output voltage in the sink operation is determined by the amount of the feedback current drawn.
  • Patent Document 1 the voltage level applied to the drive signal line is rapidly switched from the high level voltage to the lowest level voltage, and the image level is restored slowly from the lowest level voltage to the original high level voltage.
  • An element is disclosed.
  • the power supply circuit that is normally reducing the power consumption is configured to suppress this pull-in current as much as possible. It has become.
  • the boost power supply lacks the power to lower the voltage linearly
  • the negative boost power supply lacks the power to raise the voltage linearly. Therefore, when there is a change on the sink side in the required output voltage value due to mode switching etc., it is necessary to wait for a long time from switching the output voltage setting until it settles, and switching of the operation mode is slow. It was.
  • the present disclosure has been made in view of such a situation, and makes it possible to speed up switching of operation modes.
  • An imaging device includes a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and a vertical drive circuit that drives the pixels for each row, and the vertical drive circuit drives the pixels
  • a control that controls a power source that supplies power to an output element that outputs a drive signal, and a current that flows between a wiring that outputs power from the power source and a ground level according to a pulse having a predetermined pulse width when the operation mode is switched.
  • a driving method is a driving method of an imaging element including a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and a vertical driving circuit that drives the pixels for each row.
  • a current flowing between a power supply line that outputs power from an output element that outputs a drive signal to be driven and a ground level is controlled according to a pulse having a predetermined pulse width when the operation mode is switched.
  • An electronic apparatus includes an imaging device having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and a vertical driving circuit that drives the pixels for each row, and the vertical driving circuit includes: A power source that supplies power to an output element that outputs a drive signal for driving a pixel, and a current that flows between a wiring that outputs power from the power source and a ground level is a pulse having a predetermined pulse width when the operation mode is switched. And a control element for controlling according to the above.
  • a current that flows between a wiring that outputs power from a power source that supplies power to an output element that outputs a driving signal that drives a pixel and a ground level is a predetermined level when the operation mode is switched. It is controlled according to the pulse width.
  • the operation mode can be switched at high speed.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of an image sensor to which the present technology is applied.
  • the image sensor 11 includes a pixel region 12, a vertical drive circuit 13, a column signal processing circuit 14, a horizontal drive circuit 15, an output circuit 16, a ramp signal generation circuit 17, and a control circuit 18. Is done.
  • the pixel region 12 is a light receiving surface that receives light collected by an optical system (not shown).
  • a plurality of pixels 21 are arranged in a matrix in the pixel region 12, and each pixel 21 is connected to the vertical drive circuit 13 for each row via a horizontal signal line 22, and the vertical signal line 23 is connected to the pixel region 12.
  • Each of the plurality of pixels 21 outputs a pixel signal at a level corresponding to the amount of light received, and an image of a subject that forms an image in the pixel region 12 is constructed from these pixel signals.
  • the vertical drive circuit 13 sequentially outputs a drive signal for driving (transferring, selecting, resetting, etc.) each pixel 21 for each row of the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 12 and the horizontal signal line 22. To the pixel 21.
  • the column signal processing circuit 14 performs CDS (Correlated Double Sampling) processing on the pixel signal output from the plurality of pixels 21 via the vertical signal line 23, thereby performing AD (Analog) of the pixel signal. to Digital) Performs conversion and removes reset noise.
  • CDS Correlated Double Sampling
  • AD Analog
  • the horizontal driving circuit 15 sequentially outputs a driving signal for outputting a pixel signal from the column signal processing circuit 14 to the data output signal line 24 for each column of the plurality of pixels 21 arranged in the pixel region 12. 14.
  • the output circuit 16 amplifies the pixel signal supplied from the column signal processing circuit 14 via the data output signal line 24 at a timing according to the driving signal of the horizontal driving circuit 15 and outputs the amplified pixel signal to the subsequent signal processing circuit.
  • the ramp signal generation circuit 17 generates a ramp signal having a waveform having a certain slope to compare with the potential of the vertical signal line 23 when the column signal processing circuit 14 performs AD conversion on the pixel signal.
  • the signal processing circuit 14 is supplied.
  • the control circuit 18 controls driving of each block by, for example, generating and supplying a clock signal according to the driving cycle of each block of the image sensor 11.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a first circuit configuration of the image sensor 11.
  • FIG. 2 shows the detailed configurations of the vertical drive circuit 13, the column signal processing circuit 14, the ramp signal generation circuit 17, and the pixel 21.
  • the pixel 21 includes a PD 31, a transfer transistor 32, an FD unit 33, an amplification transistor 34, a selection transistor 35, and a reset transistor 36.
  • the PD 31 is a photoelectric conversion unit that converts incident light into electric charge by photoelectric conversion and accumulates the light.
  • the anode terminal is grounded and the cathode terminal is connected to the transfer transistor 32.
  • the transfer transistor 32 is driven according to the transfer signal TRG supplied from the vertical drive circuit 13. When the transfer transistor 32 is turned on, the charge accumulated in the PD 31 is transferred to the FD unit 33.
  • the FD section 33 is a floating diffusion region having a predetermined storage capacity connected to the gate electrode of the amplification transistor 34, and stores the charge transferred from the PD 31.
  • the amplification transistor 34 outputs a pixel signal of a level corresponding to the charge accumulated in the FD unit 33 (that is, the potential of the FD unit 33) to the vertical signal line 23 via the selection transistor 35.
  • the FD unit 33 is connected to the gate electrode of the amplification transistor 34
  • the FD unit 33 and the amplification transistor 34 serve as a conversion unit that converts the charge generated in the PD 31 into a pixel signal having a level corresponding to the charge. Function.
  • the selection transistor 35 is driven according to the selection signal SEL supplied from the vertical drive circuit 13, and when the selection transistor 35 is turned on, the pixel signal output from the amplification transistor 34 can be output to the vertical signal line 23.
  • the reset transistor 36 is driven according to the reset signal RST supplied from the vertical drive circuit 13.
  • the reset transistor 36 is turned on, the charge accumulated in the FD unit 33 is discharged to the drain power supply VDD, and the FD unit 33 is Reset.
  • the vertical drive circuit 13 includes a positive power supply 41, a negative power supply 42, two resistors 43-1 and 43-2, two switches 44-1 and 44-2, two capacitors 45-1 and 45-2, and a pixel.
  • Each of the 21 rows includes three output elements 46-1 to 46-3.
  • the positive power supply 41 is a power supply that supplies positive power for outputting drive signals (transfer signal TRG, selection signal SEL, and reset signal RST) supplied from the vertical drive circuit 13 to the pixels 21.
  • the negative power supply 42 is a power supply that supplies negative power for outputting a drive signal supplied from the vertical drive circuit 13 to the pixel 21.
  • the resistors 43-1 and 43-2 can limit the amount of current during the discharge period.
  • Switches 44-1 and 44-2 discharge the outputs of positive power supply 41 and negative power supply 42 to the ground level in accordance with the discharge pulse supplied from control circuit 18, respectively.
  • Capacitors 45-1 and 45-2 are external capacitors of the positive power source 41 and the negative power source 42, respectively.
  • the positive power supply 41 and the ground level are connected in series by a resistor 43-1 and a switch 44-1, and according to the time (pulse width) to turn on the switch 44-1
  • the current flowing between the wiring that outputs power from the positive power supply 41 and the ground level can be controlled.
  • the positive voltage of the positive power supply 41 drops.
  • the negative power source 42 and the ground level are connected in series by the resistor 43-2 and the switch 44-2, so that the power is supplied from the negative power source 42 according to the time when the switch 44-2 is turned on. It is possible to control the current that flows between the wiring that outputs and the ground level. As a result, the negative voltage of the negative power source 42 increases.
  • the output voltage can be output at high speed. Can be changed.
  • the output elements 46-1 to 46-3 output a drive signal having a signal level corresponding to the power supplied from the positive power source 41 and the negative power source 42 to the pixel 21.
  • the output element 46-1 outputs a transfer signal TRG for driving the transfer transistor 32
  • the output element 46-2 outputs a selection signal SEL for driving the selection transistor 35
  • the output element 46-3 is reset.
  • a reset signal RST for driving the transistor 36 is output.
  • the column signal processing circuit 14 includes a load MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 51, two capacitors 52-1 and 52-2, a comparator 53, and a capacitor 54.
  • MOS Metal-Oxide-Semiconductor
  • the load MOS 51 is a current source for forming a source follower in combination with the amplification transistor 34 of the pixel 21.
  • the capacitor 52-1 connects between the signal line through which the ramp signal generation circuit 17 supplies the ramp signal and one input terminal of the comparator 53, and accumulates electric charge according to the level of the ramp signal.
  • the capacitor 52-2 connects between the vertical signal line 23 from which the pixel 21 outputs a pixel signal and the other input terminal of the comparator 53, and accumulates charges according to the level of the pixel signal.
  • the comparator 53 compares the ramp signal with the pixel signal and outputs a signal indicating the comparison result. For example, the comparator 53 outputs a signal that switches from the L level to the H level at the timing when the ramp signal becomes less than the pixel signal.
  • the capacitor 54 accumulates electric charges according to the level of the signal output from the comparator 53.
  • the ramp signal generation circuit 17 includes a DAC (Digital-to-Analog Converter) 61 and a lamp resistor 62.
  • DAC Digital-to-Analog Converter
  • the DAC 61 is a current source for generating an analog ramp signal.
  • the lamp resistor 62 connects between the DAC 61 and the ground level.
  • the image sensor 11 is configured as described above. For example, when the signal level of the drive signal output from the vertical drive circuit 13 is changed according to the operation mode of the image sensor 11, the positive power source 41 and The output of the negative power source 42 can be discharged to the ground level. Thereby, the positive voltage output from the positive power supply 41 can be rapidly lowered, and the negative voltage output from the negative power supply 42 can be rapidly increased. Therefore, the image sensor 11 can quickly change the signal level of the drive signal output from the vertical drive circuit 13, and can shorten the time required for changing the operation mode. That is, the image sensor 11 can speed up the switching of the operation mode.
  • FIG. 3 shows a timing chart when the operation mode of the image sensor 11 is switched between the viewing mode and the sensing mode.
  • a timing chart in the conventional image sensor is shown on the upper side of FIG. 3, and a timing chart in the image sensor 11 is shown on the lower side of FIG.
  • the viewing mode is an operation mode in which a normal image is captured by the image sensor 11.
  • the sensing mode is an operation mode when the image sensor 11 is used as a moving object detection sensor or the like.
  • the imaging device 11 needs to set a large voltage difference between the positive voltage and the negative voltage by capturing a high-definition image in the viewing mode.
  • the imaging device 11 may set the voltage difference between the positive voltage and the negative voltage to be small by capturing an image having a low resolution and satisfying the purpose of the sensor in the sensing mode.
  • the image sensor 11 when switching the operation mode from the viewing mode to the sensing mode, the image sensor 11 needs to decrease the output of the positive power supply 41 by the voltage difference ⁇ Va and increase the output of the negative power supply 42 by the voltage difference ⁇ Vb. .
  • the conventional image pickup device lacks the power to lower the voltage linearly with the boost power supply and lacks the power to raise the voltage with the negative boost power supply. For this reason, as shown in the upper side of FIG. 3, in the case where the output voltage value required on the sink side changes due to operation mode switching or the like, it waits for a long time after the output voltage setting is switched until it is stabilized. There was a need.
  • the image sensor 11 turns on the switches 44-1 and 44-2 in accordance with the discharge pulse having the pulse width as described above, and controls the current flowing between the positive power supply 41 and the negative power supply 42 and the ground level. can do.
  • the output of the positive power supply 41 can be lowered by the voltage difference ⁇ Va and the output of the negative power supply 42 can be raised by the voltage difference ⁇ Vb in a short time. Therefore, the time required for the voltage of the drive signal output from the vertical drive circuit 13 to settle can be shortened, and the image sensor 11 can quickly switch from the viewing mode to the sensing mode. .
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a second circuit configuration of the image sensor 11.
  • the same reference numerals are given to configurations common to the circuit configuration illustrated in FIG. 2, and detailed description thereof is omitted.
  • a current source 47-1 is provided in place of the resistor 43-1 and the switch 44-1 in FIG. 2, and the resistor 43-2 and the switch 44-2 in FIG.
  • a current source 47-2 is provided. That is, the current source 47-1 connects in series between the wiring that outputs power from the positive power source 41 and the ground level, and the current source 47-2 has the wiring that outputs power from the negative power source 42 and the ground level. Are connected in series.
  • the current sources 47-1 and 47-2 can output a constant current between the outputs of the positive power source 41 and the negative power source 42 and the ground level, respectively, according to the discharge pulse supplied from the control circuit 18. In such a circuit configuration, discharge is performed with a constant slope according to the constant current values of the current sources 47-1 and 47-2, and the output voltages of the positive power supply 41 and the negative power supply 42 change.
  • the output of the positive power supply 41 is lowered by the voltage difference ⁇ Va in a short time, and the negative power supply 42 Can be increased by the voltage difference ⁇ Vb. Thereby, the switching of the operation mode of the image sensor 11 can be speeded up.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a third circuit configuration of the image sensor 11.
  • the same reference numerals are given to the same configuration as the circuit configuration shown in FIG. 2, and detailed description thereof will be omitted.
  • resistors 43-3 and 43-4 and switches 44-3 and 44-4 are added to the circuit configuration of FIG.
  • a resistor 43-3 and a switch 44-3 connect the positive power supply 41 and the power supply VDD in series, and the switch 44-3 supplies the output of the positive power supply 41 to the power supply VDD according to the charging pulse.
  • the resistor 43-4 and the switch 44-4 connect the negative power source 42 and the power source VDD in series, and the switch 44-4 charges the output of the negative power source 42 with the power source VDD according to the charging pulse.
  • the charge supply capability in the source operation is determined by the size of the Fly Cap possessed by the charge pump and the switching frequency. For this reason, conventionally, there is a limit in the size and power in terms of the speed at which an instantaneous response can be made.
  • the image sensor 11 can respond the outputs of the positive power source 41 and the negative power source 42 in a short time even in the source operation by the circuit configuration shown in FIG. Thereby, the switching of the operation mode of the image sensor 11 can be speeded up.
  • FIG. 6 is a timing chart of the output of the positive power supply 41 when the operation mode of the image sensor 11 having the circuit configuration shown in FIG. 5 is switched in the order of mode A, mode B, mode C, stop, and mode A. It is shown.
  • the charging pulse is supplied to the switch 44-3 in the mode switching period.
  • the positive voltage rises according to the charging period in which the switch 44-3 is on according to the charging pulse.
  • the charging pulse is supplied to the switch 44-3 in the mode switching period.
  • the positive voltage rises according to the charging period in which the switch 44-3 is turned on according to the charging pulse, and then rises until the positive voltage of mode D is reached according to the charge pump capability of the positive power supply 41. .
  • the discharge pulse is supplied to the switch 44-1 until the ground level (GND) is reached.
  • the positive voltage drops according to the discharge period in which the switch 44-1 is turned on according to the discharge pulse.
  • the pulse width of the charge pulse and the discharge pulse in each mode switching period is determined by the set voltage before and after the mode switching. Therefore, by setting the information and timing in advance, the image sensor 11 can perform mode switching at high speed. It becomes possible to control to.
  • the imaging device 11 as described above is applied to various electronic devices such as an imaging system such as a digital still camera and a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, or other devices having an imaging function. can do.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging device mounted on an electronic device.
  • the imaging apparatus 101 includes an optical system 102, an imaging element 103, a signal processing circuit 104, a monitor 105, and a memory 106, and can capture still images and moving images.
  • the optical system 102 includes one or more lenses, guides image light (incident light) from a subject to the image sensor 103, and forms an image on a light receiving surface (sensor unit) of the image sensor 103.
  • the above-described image sensor 11 is applied.
  • the image sensor 103 electrons are accumulated for a certain period according to an image formed on the light receiving surface via the optical system 102. Then, a signal corresponding to the electrons accumulated in the image sensor 103 is supplied to the signal processing circuit 104.
  • the signal processing circuit 104 performs various signal processing on the pixel signal output from the image sensor 103.
  • An image (image data) obtained by performing signal processing by the signal processing circuit 104 is supplied to the monitor 105 and displayed, or supplied to the memory 106 and stored (recorded).
  • the imaging apparatus 101 configured as described above, by applying the above-described imaging element 11, for example, it is possible to switch the operation mode at a higher speed and capture an image in various operation modes.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a usage example in which the above-described image sensor is used.
  • the image sensor described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (present technology) according to the present disclosure can be applied.
  • FIG. 9 shows a state in which an operator (doctor) 11131 is performing an operation on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic operation system 11000.
  • an endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical instruments 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment instrument 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100. And a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 includes a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
  • a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
  • an endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid lens barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible lens barrel. Good.
  • An opening into which the objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101. Irradiation is performed toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 through the lens.
  • the endoscope 11100 may be a direct endoscope, a perspective mirror, or a side endoscope.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the observation target is condensed on the image sensor by the optical system. Observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electrical signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted to a camera control unit (CCU: “Camera Control Unit”) 11201 as RAW data.
  • the CCU 11201 is configured by a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls the operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Further, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102 and performs various kinds of image processing for displaying an image based on the image signal, such as development processing (demosaic processing), for example.
  • image processing for example, development processing (demosaic processing
  • the display device 11202 displays an image based on an image signal subjected to image processing by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
  • the light source device 11203 includes a light source such as an LED (light emitting diode), and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100.
  • the treatment instrument control device 11205 controls the drive of the energy treatment instrument 11112 for tissue ablation, incision, blood vessel sealing, or the like.
  • the pneumoperitoneum device 11206 passes gas into the body cavity via the pneumoperitoneum tube 11111.
  • the recorder 11207 is an apparatus capable of recording various types of information related to surgery.
  • the printer 11208 is a device that can print various types of information related to surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the irradiation light when the surgical site is imaged to the endoscope 11100 can be configured by, for example, a white light source configured by an LED, a laser light source, or a combination thereof.
  • a white light source is configured by a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. Therefore, the light source device 11203 adjusts the white balance of the captured image. It can be carried out.
  • the driving of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light every predetermined time. Synchronously with the timing of changing the intensity of the light, the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled to acquire an image in a time-sharing manner, and the image is synthesized, so that high dynamic without so-called blackout and overexposure A range image can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of light absorption in body tissue, the surface of the mucous membrane is irradiated by irradiating light in a narrow band compared to irradiation light (ie, white light) during normal observation.
  • a so-called narrow-band light observation (Narrow Band Imaging) is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is imaged with high contrast.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • the body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally administered to the body tissue and applied to the body tissue. It is possible to obtain a fluorescence image by irradiating excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent.
  • the light source device 11203 can be configured to be able to supply narrowband light and / or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG.
  • the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 includes a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other by a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at a connection portion with the lens barrel 11101. Observation light taken from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging device constituting the imaging unit 11402 may be one (so-called single plate type) or plural (so-called multi-plate type).
  • image signals corresponding to RGB may be generated by each imaging element, and a color image may be obtained by combining them.
  • the imaging unit 11402 may be configured to include a pair of imaging elements for acquiring right-eye and left-eye image signals corresponding to 3D (dimensional) display. By performing the 3D display, the operator 11131 can more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site.
  • a plurality of lens units 11401 can be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 is not necessarily provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is configured by an actuator, and moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. Thereby, the magnification and the focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling driving of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies the control signal to the camera head control unit 11405.
  • the control signal includes, for example, information for designating the frame rate of the captured image, information for designating the exposure value at the time of imaging, and / or information for designating the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
  • the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. Good.
  • a so-called AE (Auto-Exposure) function, AF (Auto-Focus) function, and AWB (Auto-White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.
  • the camera head control unit 11405 controls driving of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling driving of the camera head 11102 to the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various types of image processing on the image signal that is RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various types of control related to imaging of the surgical site by the endoscope 11100 and display of a captured image obtained by imaging of the surgical site. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling driving of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display a picked-up image showing the surgical part or the like based on the image signal subjected to the image processing by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques.
  • the control unit 11413 detects surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist when using the energy treatment tool 11112, and the like by detecting the shape and color of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized.
  • the control unit 11413 may display various types of surgery support information superimposed on the image of the surgical unit using the recognition result. Surgery support information is displayed in a superimposed manner and presented to the operator 11131, thereby reducing the burden on the operator 11131 and allowing the operator 11131 to proceed with surgery reliably.
  • the transmission cable 11400 for connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electric signal cable corresponding to electric signal communication, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable thereof.
  • communication is performed by wire using the transmission cable 11400.
  • communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 11402 among the configurations described above. Specifically, when the operation mode is switched in the imaging unit 11402, the operation mode can be switched at a higher speed by discharging according to the above-described discharge pulse.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device that is mounted on any type of mobile body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. May be.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, a vehicle exterior information detection unit 12030, a vehicle interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, a sound image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (Interface) 12053 are illustrated as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 includes a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism that adjusts and a braking device that generates a braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, or a fog lamp.
  • the body control unit 12020 can be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle on which the vehicle control system 12000 is mounted.
  • the imaging unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image outside the vehicle and receives the captured image.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process such as a person, a car, an obstacle, a sign, or a character on a road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output an electrical signal as an image, or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared rays.
  • the vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the vehicle interior information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated or it may be determined whether the driver is asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside / outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit A control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following traveling based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance traveling, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning. It is possible to perform cooperative control for the purpose.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform cooperative control for the purpose of automatic driving that autonomously travels without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamp according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare, such as switching from a high beam to a low beam. It can be carried out.
  • the sound image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of sound and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a vehicle occupant or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an installation position of the imaging unit 12031.
  • the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door, and an upper part of a windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided in the front nose and the imaging unit 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire an image of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the passenger compartment is mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 12 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of the imaging part 12104 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, an overhead image when the vehicle 12100 is viewed from above is obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object in the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change in this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100).
  • a solid object that travels at a predetermined speed (for example, 0 km / h or more) in the same direction as the vehicle 12100, particularly the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100. it can.
  • the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance before the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like.
  • automatic brake control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like autonomously traveling without depending on the operation of the driver can be performed.
  • the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data related to the three-dimensional object to other three-dimensional objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles.
  • the microcomputer 12051 identifies obstacles around the vehicle 12100 as obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 is connected via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is, for example, whether or not the user is a pedestrian by performing a pattern matching process on a sequence of feature points indicating the outline of an object and a procedure for extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras. It is carried out by the procedure for determining.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that there is a pedestrian in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 has a rectangular contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to be superimposed and displayed.
  • voice image output part 12052 may control the display part 12062 so that the icon etc. which show a pedestrian may be displayed on a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging units 12101 to 12104 among the configurations described above. Specifically, when the operation mode is switched in the imaging units 12101 to 12104, the operation mode can be switched at a higher speed by discharging according to the above-described discharge pulse.
  • this technique can also take the following structures.
  • the vertical drive circuit includes: A power supply for supplying power to an output element that outputs a drive signal for driving the pixels;
  • the control element is a resistor and a switch that connect in series between a wiring that outputs power from the power source and a ground level, and the switch opens and closes according to the pulse.
  • the vertical drive circuit further includes a power supply side resistor and a power supply side switch that connect in series between a wiring that outputs power from the power supply and a predetermined power supply voltage.
  • a positive power source that supplies a positive voltage to the output element, and a negative power source that supplies a negative voltage to the output element are provided
  • the vertical drive circuit includes, as the switch, a first switch that connects between a wiring that outputs power from the positive power supply and a ground level, and a wiring that outputs power from the negative power supply and the ground level.
  • a driving method of an image sensor comprising: a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix; and a vertical driving circuit that drives the pixels for each row, A current flowing between a power supply line that outputs power from a power supply that supplies power to an output element that drives the pixel and a ground level is controlled according to a pulse having a predetermined pulse width when the operation mode is switched.
  • Driving method is a current flowing between a power supply line that outputs power from a power supply that supplies power to an output element that drives the pixel and a ground level.
  • An image sensor having a vertical drive circuit for driving the pixels for each row,
  • the vertical drive circuit includes: A power supply for supplying power to an output element that outputs a drive signal for driving the pixels;
  • An electronic device comprising: a control element that controls a current flowing between a wiring that outputs power from the power source and a ground level according to a pulse having a predetermined pulse width when the operation mode is switched.

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Abstract

本開示は、動作モードの切り替えを高速化することができるようにする撮像素子および駆動方法、並びに電子機器に関する。 撮像素子は、複数の画素が行列状に配置される画素領域と、それらの画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路とを備える。また、垂直駆動回路は、画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する正電源および負電源と、正電源および負電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と有する。本技術は、例えば、複数の動作モードを備える撮像素子に適用できる。

Description

撮像素子および駆動方法、並びに電子機器
　本開示は、撮像素子および駆動方法、並びに電子機器に関し、特に、動作モードの切り替えを高速化することができるようにした撮像素子および駆動方法、並びに電子機器に関する。
　従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像機能を備えた電子機器においては、例えば、CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子が使用されている。固体撮像素子は、光電変換を行うＰＤ（photodiode：フォトダイオード）と複数のトランジスタとが組み合わされた画素を有しており、被写体の像が結像する像面に配置された複数の画素から出力される画素信号に基づいて画像が構築される。
　また、固体撮像素子は、画素を駆動するために、主にチャージポンプなどのスイッチング電源などで構成される正電源および負電源を内蔵している。ここで、スイッチング電源の出力は、固体撮像素子の動作モードに応じて、必要な電圧出力が異なる場合があることより、動作モードの切り替えを行う際はリニアに出力電圧を調整することが必要であった。
　ところで、特に低消費化を行っているスイッチング電源の多くは、ソース能力を確保している一方で、シンク能力を確保していないものとなっている。例えば、低消費化に向けたパルス周波数変調を用いた電源の構成では、スイッチング回数でソース能力を確保することより、シンクが必要な場合にはスイッチングを行わない状態にして、フィードバック側からの負荷電流の引き込みによって出力電圧を変化させている。そのため、シンク動作における出力電圧の静定は、このフィードバックの引き込み電流の量で決まることになる。
　例えば、特許文献１には、駆動信号線に印加する電圧レベルを、高レベル電圧から最低レベル電圧に急速に切り替え、最低レベル電圧から低レベル電圧を経て、元の高レベル電圧へゆっくり復帰させる撮像素子が開示されている。
特開２０１０－８１１６８号公報
　ところで、上述したようなフィードバックの引き込み電流を大きくしてしまうと、低消費化に影響を与えてしまうため、通常、低消費化を行っている電源回路は、この引き込み電流を極力抑制する構成となっている。そのため、低消費化を実現している電源回路においては、昇圧電源では電圧をリニアに下げる力が不足し、負昇圧電源では電圧をリニアに上げる力が不足してしまう。従って、モード切り替え等で必要な出力電圧値にシンク側で変化が生じるような場合では、出力電圧設定を切り替えてから静定するまでに長時間待つ必要があり、動作モードの切り替えが遅くなっていた。
　本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、動作モードの切り替えを高速化することができるようにするものである。
　本開示の一側面の撮像素子は、複数の画素が行列状に配置される画素領域と、前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路とを備え、前記垂直駆動回路は、前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源と、前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と有する。
　本開示の一側面の駆動方法は、複数の画素が行列状に配置される画素領域と、前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路とを備える撮像素子の駆動方法であって、前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する。
　本開示の一側面の電子機器は、複数の画素が行列状に配置される画素領域と、前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路とを有する撮像素子を備え、前記垂直駆動回路は、前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源と、前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と有する。
　本開示の一側面においては、画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流が、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御される。
　本開示の一側面によれば、動作モードの切り替えを高速化することができる。
本技術を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。 撮像素子の第１の回路構成を示す回路図である。 ビューイングモードとセンシングモードとの切り替えについて説明する図である。 撮像素子の第２の回路構成を示す回路図である。 撮像素子の第３の回路構成を示す回路図である。 動作モードの切り替えについて説明する図である。 撮像装置の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサを使用する使用例を示す図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
　＜撮像素子の構成例＞
　図１は、本技術を適用した撮像素子の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
　図１に示すように、撮像素子１１は、画素領域１２、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、水平駆動回路１５、出力回路１６、ランプ信号生成回路１７、および制御回路１８を備えて構成される。
　画素領域１２は、図示しない光学系により集光される光を受光する受光面である。画素領域１２には、複数の画素２１が行列状に配置されており、それぞれの画素２１は、水平信号線２２を介して行ごとに垂直駆動回路１３に接続されるとともに、垂直信号線２３を介して列ごとにカラム信号処理回路１４に接続される。複数の画素２１は、それぞれ受光する光の光量に応じたレベルの画素信号をそれぞれ出力し、それらの画素信号から、画素領域１２に結像する被写体の画像が構築される。
　垂直駆動回路１３は、画素領域１２に配置される複数の画素２１の行ごとに順次、それぞれの画素２１を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、水平信号線２２を介して画素２１に供給する。
　カラム信号処理回路１４は、複数の画素２１から垂直信号線２３を介して出力される画素信号に対してCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)処理を施すことにより、画素信号のＡＤ（Analog to Digital）変換を行うとともにリセットノイズを除去する。
　水平駆動回路１５は、画素領域１２に配置される複数の画素２１の列ごとに順次、カラム信号処理回路１４から画素信号をデータ出力信号線２４に出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路１４に供給する。
　出力回路１６は、水平駆動回路１５の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路１４からデータ出力信号線２４を介して供給される画素信号を増幅し、後段の信号処理回路に出力する。
　ランプ信号生成回路１７は、カラム信号処理回路１４が画素信号をＡＤ変換する際に、垂直信号線２３の電位と比較するための一定の勾配のスロープを有する波形のランプ信号を生成して、カラム信号処理回路１４に供給する。
　制御回路１８は、例えば、撮像素子１１の各ブロックの駆動周期に従ったクロック信号を生成して供給することで、それらの各ブロックの駆動を制御する。
　＜撮像素子の第１の回路構成＞
　図２は、撮像素子１１の第１の回路構成を示す回路図である。
　図２には、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、ランプ信号生成回路１７、および画素２１の詳細な構成が示されている。
　画素２１は、ＰＤ３１、転送トランジスタ３２、ＦＤ部３３、増幅トランジスタ３４、選択トランジスタ３５、およびリセットトランジスタ３６を備えて構成される。
　ＰＤ３１は、入射した光を光電変換により電荷に変換して蓄積する光電変換部であり、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が転送トランジスタ３２に接続されている。
　転送トランジスタ３２は、垂直駆動回路１３から供給される転送信号TRGに従って駆動し、転送トランジスタ３２がオンになると、ＰＤ３１に蓄積されている電荷がＦＤ部３３に転送される。
　ＦＤ部３３は、増幅トランジスタ３４のゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、ＰＤ３１から転送される電荷を蓄積する。
　増幅トランジスタ３４は、ＦＤ部３３に蓄積されている電荷に応じたレベル（即ち、ＦＤ部３３の電位）の画素信号を、選択トランジスタ３５を介して垂直信号線２３に出力する。つまり、ＦＤ部３３が増幅トランジスタ３４のゲート電極に接続される構成により、ＦＤ部３３および増幅トランジスタ３４は、ＰＤ３１において発生した電荷を、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部として機能する。
　選択トランジスタ３５は、垂直駆動回路１３から供給される選択信号SELに従って駆動し、選択トランジスタ３５がオンになると、増幅トランジスタ３４から出力される画素信号が垂直信号線２３に出力可能な状態となる。
　リセットトランジスタ３６は、垂直駆動回路１３から供給されるリセット信号RSTに従って駆動し、リセットトランジスタ３６がオンになると、ＦＤ部３３に蓄積されている電荷がドレイン電源ＶＤＤに排出されて、ＦＤ部３３がリセットされる。
　垂直駆動回路１３は、正電源４１、負電源４２、２つの抵抗４３－１および４３－２、２つのスイッチ４４－１および４４－２、２つのキャパシタ４５－１および４５－２、並びに、画素２１の行ごとに３つずつ配置される出力素子４６－１乃至４６－３を備えて構成される。
　正電源４１は、垂直駆動回路１３から画素２１に供給される駆動信号（転送信号TRG、選択信号SEL、およびリセット信号RST）を出力するためのプラスの電力を供給する電源である。同様に、負電源４２は、垂直駆動回路１３から画素２１に供給される駆動信号を出力するためのマイナスの電力を供給する電源である。
　抵抗４３－１および４３－２は、放電期間中の電流量を制限することができる。スイッチ４４－１および４４－２は、制御回路１８から供給される放電パルスに従って、それぞれ正電源４１および負電源４２の出力を接地レベルに放電する。キャパシタ４５－１および４５－２は、それぞれ正電源４１および負電源４２の外付け容量である。
　図示するように、正電源４１と接地レベルとの間が抵抗４３－１およびスイッチ４４－１により直列的に接続される構成により、スイッチ４４－１をオンにする時間（パルス幅）に応じて、正電源４１から電力を出力する配線と接地レベルとの間で流れる電流を制御することができる。これにより、正電源４１の正電圧が降下することになる。同様に、負電源４２と接地レベルとの間が抵抗４３－２およびスイッチ４４－２により直列的に接続される構成により、スイッチ４４－２をオンにする時間に応じて、負電源４２から電力を出力する配線と接地レベルとの間で流れる電流を制御することができる。これにより、負電源４２の負電圧が上昇することになる。
　ここで、スイッチ４４－１および４４－２をオンさせる時間Ｔは、撮像素子１１の動作モードの切り替え前の電圧値と、撮像素子１１の動作モードの切り替え後に設定したい電圧値との差分ΔＶ、抵抗４３－１および４３－２の抵抗値Ｒ、並びに、キャパシタ４５－１および４５－２の容量Ｃから求めることができる。例えば、時間Ｔは、抵抗４３－１および４３－２を流れる電流Ｉを用いて、Ｃ×Ｖ＝Ｉ×Ｔの関係から求められる。
　従って、撮像素子１１の動作モードの切り替えによりシンク動作が必要となるタイミングにおいて、求められた時間Ｔのパルス幅で放電パルスをスイッチ４４－１および４４－２に供給することで、高速に出力電圧を変化させることができる。
　出力素子４６－１乃至４６－３は、正電源４１および負電源４２から供給される電力に応じた信号レベルの駆動信号を、画素２１に出力する。例えば、出力素子４６－１は、転送トランジスタ３２を駆動する転送信号TRGを出力し、出力素子４６－２は、選択トランジスタ３５を駆動する選択信号SELを出力し、出力素子４６－３は、リセットトランジスタ３６を駆動するリセット信号RSTを出力する。
　カラム信号処理回路１４は、負荷MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）５１、２つのキャパシタ５２－１および５２－２、コンパレータ５３、並びにキャパシタ５４を備えて構成される。
　負荷MOS５１は、画素２１の増幅トランジスタ３４と組み合わせてソースフォロワを形成するための電流源である。
　キャパシタ５２－１は、ランプ信号生成回路１７がランプ信号を供給する信号線と、コンパレータ５３の一方の入力端子との間を接続し、ランプ信号のレベルに従った電荷を蓄積する。キャパシタ５２－２は、画素２１が画素信号を出力する垂直信号線２３と、コンパレータ５３の他方の入力端子との間を接続し、画素信号のレベルに従った電荷を蓄積する。
　コンパレータ５３は、ランプ信号と画素信号とを比較し、その比較結果を示す信号を出力する。例えば、コンパレータ５３は、ランプ信号が画素信号未満となったタイミングでＬレベルからＨレベルに切り替わるような信号を出力する。
　キャパシタ５４は、コンパレータ５３から出力される信号のレベルに従った電荷を蓄積する。
　ランプ信号生成回路１７は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）６１およびランプ抵抗６２を備えて構成される。
　ＤＡＣ６１は、アナログのランプ信号を発生するための電流源である。
　ランプ抵抗６２は、ＤＡＣ６１および接地レベルの間を接続する。
　このように撮像素子１１は構成されており、例えば、撮像素子１１の動作モードに応じて垂直駆動回路１３から出力される駆動信号の信号レベルを変更するときに、放電パルスに従って、正電源４１および負電源４２の出力を接地レベルに放電することができる。これにより、正電源４１から出力される正電圧を急速に降下させることができるとともに、負電源４２から出力される負電圧を急速に上昇させることができる。従って、撮像素子１１は、垂直駆動回路１３から出力される駆動信号の信号レベルの変更を迅速に行うことができ、動作モードの変更に要する時間を短縮することができる。即ち、撮像素子１１は、動作モードの切り替えを高速化することができる。
　＜ビューイングモードとセンシングモードとの切り替え＞
　図３を参照して、撮像素子１１の動作モードの切り替えについて説明する。
　図３には、撮像素子１１の動作モードを、ビューイングモードとセンシングモードとで切り替えときのタイミングチャートが示されている。図３の上側には、従来の撮像素子におけるタイミングチャートが示されており、図３の下側には、撮像素子１１におけるタイミングチャートが示されている。
　ここで、ビューイングモードは、撮像素子１１により通常の画像を撮像する動作モードである。また、センシングモードは、撮像素子１１が動体検出用のセンサなどして利用されるときの動作モードである。例えば、撮像素子１１は、ビューイングモードにおいて、高精細な画像を撮像することより、正電圧および負電圧の電圧差を大きく設定する必要がある。一方、撮像素子１１は、センシングモードにおいて、解像度が低くセンサとしての目的を満たすことができる程度の画像を撮像することより、正電圧および負電圧の電圧差を小さく設定してもよい。
　従って、撮像素子１１は、ビューイングモードからセンシングモードに動作モードを切り替えるとき、正電源４１の出力を電圧差ΔＶａだけ降下させ、負電源４２の出力を電圧差ΔＶｂだけ上昇させることが必要である。
　ここで、従来の撮像素子は、上述したように、昇圧電源では電圧をリニアに下げる力が不足し、負昇圧電源では電圧を上げる力が不足している。このため、図３の上側に示す様に、動作モードの切り替え等で必要な出力電圧値にシンク側で変化が生じるような場合では、出力電圧設定を切り替えてから静定するまでに長時間待つ必要があった。
　これに対し、撮像素子１１は、上述したようなパルス幅の放電パルスに従ってスイッチ４４－１および４４－２をオンにして、正電源４１および負電源４２と接地レベルとの間を流れる電流を制御することができる。これにより、図３の下側に示すように、短時間で、正電源４１の出力を電圧差ΔＶａだけ降下させ、負電源４２の出力を電圧差ΔＶｂだけ上昇させることができる。従って、垂直駆動回路１３から出力される駆動信号の電圧が静定するまでに要する時間を短縮することができ、撮像素子１１は、ビューイングモードからセンシングモードへの切り替えを迅速に行うことができる。
　＜撮像素子の第２の回路構成＞
　図４は、撮像素子１１の第２の回路構成を示す回路図である。なお、図４に示す回路構成において、図２に示した回路構成と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図４に示す回路構成では、図２の抵抗４３－１およびスイッチ４４－１に替えて、電流源４７－１が設けられるとともに、図２の抵抗４３－２およびスイッチ４４－２に替えて、電流源４７－２が設けられる構成となっている。即ち、電流源４７－１は、正電源４１から電力を出力する配線と接地レベルとの間を直列的に接続し、電流源４７－２は、負電源４２から電力を出力する配線と接地レベルとの間を直列的に接続するように構成されている。
　電流源４７－１および４７－２は、制御回路１８から供給される放電パルスに従って、それぞれ正電源４１および負電源４２の出力と接地レベルとの間で定電流を出力することができる。このような回路構成では、電流源４７－１および４７－２の定電流値に応じた一定の傾きで放電され、正電源４１および負電源４２の出力電圧が変化する。
　従って、電流源４７－１および４７－２を備えた回路構成においても、図３を参照して上述したように、短時間で、正電源４１の出力を電圧差ΔＶａだけ降下させ、負電源４２の出力を電圧差ΔＶｂだけ上昇させることができる。これにより、撮像素子１１の動作モードの切り替えを高速化することができる。
　＜撮像素子の第３の回路構成＞
　図５は、撮像素子１１の第３の回路構成を示す回路図である。なお、図５に示す回路構成において、図２に示した回路構成と共通する構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図５に示す回路構成では、図２の回路構成に対し、抵抗４３－３および４３－４並びにスイッチ４４－３および４４－４が付け加えられた構成となっている。
　図示するように、抵抗４３－３およびスイッチ４４－３は、正電源４１と電源ＶＤＤとの間を直列的に接続し、スイッチ４４－３は、充電パルスに従って正電源４１の出力を電源ＶＤＤにより充電する。同様に、抵抗４３－４およびスイッチ４４－４は、負電源４２と電源ＶＤＤとの間を直列的に接続し、スイッチ４４－４は、充電パルスに従って負電源４２の出力を電源ＶＤＤにより充電する。
　このような回路構成では、充電パルスをオンにすることで、ソース動作においても従来よりも高速に応答することができる。また、正電源４１を電源ＶＤＤ以上に昇圧する場合においても、充電パルスをオンにすることで、少なくとも電源ＶＤＤまで出力が変化する時間を短縮することができる。
　即ち、従来の撮像素子では、画素駆動用の電源をチャージポンプなどで構成する場合、ソース動作における電荷供給能力は、チャージポンプの持っているFly Capの大きさとスイッチング周波数で決まることになる。このため、従来、瞬時に応答できるスピードにはサイズや電力面で限界があった。
　これに対し、撮像素子１１は、図５に示す回路構成により、正電源４１および負電源４２の出力を、ソース動作においても短時間で応答させることができる。これにより、撮像素子１１の動作モードの切り替えを高速化することができる。
　また、このような回路構成により、例えば、放電パルスおよび充電パルスを用いた制御によって、複数の動作モードの電圧変化に高速で対応できるだけでなく、撮像素子１１の動作を起動または停止の高速化を実現することができる。
　＜複数の動作モードの切り替え＞
　図６を参照して、撮像素子１１における複数の動作モードの切り替えについて説明する。
　図６には、図５に示す回路構成の撮像素子１１の動作モードを、モードＡ、モードＢ、モードＣ、停止、およびモードＡの順番で切り替えたときにおける正電源４１の出力のタイミングチャートが示されている。
　図示するように、モードＡの正電圧よりもモードＢの正電圧が低い場合、モード切り替え期間において、スイッチ４４－１に放電パルスが供給される。これにより、放電パルスに従ってスイッチ４４－１がオンになっている放電期間に応じて正電圧が降下する。
　また、モードＢの正電圧よりもモードＣの正電圧が高い場合、モード切り替え期間において、スイッチ４４－３に充電パルスが供給される。これにより、充電パルスに従ってスイッチ４４－３がオンになっている充電期間に応じて正電圧が上昇する。
　そして、モードＣの正電圧よりもモードＤの正電圧が高く、モードＤの正電圧が電源ＶＤＤ以上である場合、モード切り替え期間において、スイッチ４４－３に充電パルスが供給される。これにより、充電パルスに従ってスイッチ４４－３がオンになっている充電期間に応じて正電圧が上昇し、その後、正電源４１のチャージポンプの能力に応じてモードＤの正電圧となるまで上昇する。
　その後、モードＤから停止に切り替わるときには、接地レベル（ＧＮＤ）となるまで、スイッチ４４－１に放電パルスが供給される。これにより、放電パルスに従ってスイッチ４４－１がオンになっている放電期間に応じて正電圧が降下する。
　そして、停止から起動してモードＡに切り替わるときには、モード切り替え期間において、スイッチ４４－３に充電パルスが供給される。これにより、充電パルスに従ってスイッチ４４－３がオンになっている充電期間に応じて正電圧が上昇する。
　なお、それぞれのモード切り替え期間における充電パルスおよび放電パルスのパルス幅は、モード切り替えの前後における設定電圧で決まるため、事前にその情報とタイミングを設定することで、撮像素子１１は、モード切り替えを高速に制御することが可能となる。
　なお、上述したような撮像素子１１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
　＜撮像装置の構成例＞
　図７は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図７に示すように、撮像装置１０１は、光学系１０２、撮像素子１０３、信号処理回路１０４、モニタ１０５、およびメモリ１０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
　光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子１０３に導き、撮像素子１０３の受光面（センサ部）に結像させる。
　撮像素子１０３としては、上述した撮像素子１１が適用される。撮像素子１０３には、光学系１０２を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子１０３に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路１０４に供給される。
　信号処理回路１０４は、撮像素子１０３から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０４が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０５に供給されて表示されたり、メモリ１０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
　このように構成されている撮像装置１０１では、上述した撮像素子１１を適用することで、例えば、より高速に動作モードを切り替えて、様々な動作モードで画像を撮像することができる。
　＜イメージセンサの使用例＞
　図８は、上述のイメージセンサを使用する使用例を示す図である。
　上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
　＜内視鏡手術システムへの応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図９は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図９では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図１０は、図９に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、撮像部１１４０２における動作モードの切り替え時に、上述した放電パルスに従って放電することで、より高速に動作モードを切り替えることができる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
　＜移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１１は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１１に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（Interface）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１１の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１２は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１２では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１、１２１０２、１２１０３、１２１０４、１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２、１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１２には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２１０１ないし１２１０４に適用され得る。具体的には、撮像部１２１０１ないし１２１０４における動作モードの切り替え時に、上述した放電パルスに従って放電することで、より高速に動作モードを切り替えることができる。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　複数の画素が行列状に配置される画素領域と、
　前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路と
　を備え、
　前記垂直駆動回路は、
　　前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源と、
　　前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と
　有する
　撮像素子。
（２）
　前記制御素子は、前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を直列に接続する抵抗およびスイッチであり、前記スイッチが前記パルスに従って開閉する
　上記（１）に記載の撮像素子。
（３）
　前記垂直駆動回路は、前記電源から電力を出力する配線と所定の電源電圧との間を直列に接続する電源側抵抗および電源側スイッチをさらに有する
　上記（２）に記載の撮像素子。
（４）
　前記電源として、前記出力素子に正電圧を供給する正電源、および、前記出力素子に負電圧を供給する負電源が設けられており、
　前記垂直駆動回路は、前記スイッチとして、前記正電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を接続する第１のスイッチ、および、前記負電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を接続する第２のスイッチを有する
　上記（２）または（３）に記載の撮像素子。
（５）
　前記制御素子は、前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を直列に接続する電流源であり、前記電流源が前記パルスに従って電流を発生させる
　上記（１）に記載の撮像素子。
（６）
　複数の画素が行列状に配置される画素領域と、前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路とを備える撮像素子の駆動方法であって、
　前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する
　駆動方法。
（７）
　複数の画素が行列状に配置される画素領域と、
　前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路と
　を有する撮像素子を備え、
　前記垂直駆動回路は、
　　前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源と、
　　前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と
　有する
　電子機器。
　なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　１１　撮像素子，　１２　画素領域，　１３　垂直駆動回路，　１４　カラム信号処理回路，　１５　水平駆動回路，　１６　出力回路，　１７　ランプ信号生成回路，　１８　制御回路，　２１　画素，　２２　水平信号線，　２３　垂直信号線，　２４　データ出力信号線，　３１　ＰＤ，　３２　転送トランジスタ，　３３　ＦＤ部，　３４　増幅トランジスタ，　３５　選択トランジスタ，　３６　リセットトランジスタ，　４１　正電源，　４２　負電源，　４３－１および４３－２　抵抗，　４４－１および４４－２　スイッチ，　４５－１および４５－２　キャパシタ，　４６－１乃至４６－３　出力素子，　４７－１および４７－２　電流源，　５１　負荷MOS，　５２－１および５２－２　キャパシタ，　５３　コンパレータ，　５４　キャパシタ，　６１　ＤＡＣ，　６２　ランプ抵抗

Claims (7)

  1. 　複数の画素が行列状に配置される画素領域と、
    　前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路と
    　を備え、
    　前記垂直駆動回路は、
    　　前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源と、
    　　前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と
    　有する
    　撮像素子。
  2. 　前記制御素子は、前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を直列に接続する抵抗およびスイッチであり、前記スイッチが前記パルスに従って開閉する
    　請求項１に記載の撮像素子。
  3. 　前記垂直駆動回路は、前記電源から電力を出力する配線と所定の電源電圧との間を直列に接続する電源側抵抗および電源側スイッチをさらに有する
    　請求項２に記載の撮像素子。
  4. 　前記電源として、前記出力素子に正電圧を供給する正電源、および、前記出力素子に負電圧を供給する負電源が設けられており、
    　前記垂直駆動回路は、前記スイッチとして、前記正電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を接続する第１のスイッチ、および、前記負電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を接続する第２のスイッチを有する
    　請求項２に記載の撮像素子。
  5. 　前記制御素子は、前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を直列に接続する電流源であり、前記電流源が前記パルスに従って電流を発生させる
    　請求項１に記載の撮像素子。
  6. 　複数の画素が行列状に配置される画素領域と、前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路とを備える撮像素子の駆動方法であって、
    　前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する
    　駆動方法。
  7. 　複数の画素が行列状に配置される画素領域と、
    　前記画素を行ごとに駆動する垂直駆動回路と
    　を有する撮像素子を備え、
    　前記垂直駆動回路は、
    　　前記画素を駆動する駆動信号を出力する出力素子に電力を供給する電源と、
    　　前記電源から電力を出力する配線と接地レベルとの間を流れる電流を、動作モードの切り替え時に、所定のパルス幅のパルスに従って制御する制御素子と
    　有する
    　電子機器。
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