(57)【要約】  本開示は、より簡易な構成で電子ＮＤ機能を提供することができるようにする撮像素子、制御方法、プログラム、および電子機器に関する。撮像素子は、画素から出力される画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と、画素信号と参照信号を比較する比較部、および、比較部に画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部を有し、画素信号をＡＤ変換するＡＤ変換部とを備える。そして、１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、比較部に画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように切り替え部に対する制御を行う。本技術は、例えば、CMOSイメージセンサに適用できる。
2015159729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する
撮像素子。
【請求項２】
１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行う制御部
をさらに備える請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記制御部は、前記露光時間が、前記第１の閾値以上であり、かつ、所定の第２の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行うのに加えて、前記出力電流の電流量を低減するように前記参照信号生成部に対する制御を行う
請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
撮像素子の制御方法において、
前記撮像素子は、
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有し、
１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、
前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行う
ステップを含む制御方法。
【請求項５】
撮像素子の制御をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
前記撮像素子は、
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有し、
１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、
前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行う
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項６】
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する
撮像素子を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子、制御方法、プログラム、および電子機器に関し、特に、より簡易な構成で電子ＮＤ（Neutral Density）機能を提供することができるようにした撮像素子、制御方法、プログラム、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、平面的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、画素から出力される画素信号は、例えば、画素の列ごとに配置された複数のＡＤ（Analog to Digital）変換器によりＡＤ変換されて出力される。【０００３】
例えば、特許文献１には、鋸波状のランプ信号および画素信号を比較する比較器とカウンタとを備えて構成されるＡＤ変換器を有する固体撮像素子が開示されている。また、特許文献２には、シングルスロープ積分型といわれるＡＤ変換方式において、比較回路に供給される参照信号の傾きを変えることでゲイン調整を行うことができる固体撮像素子が開示されている。【０００４】
ところで、撮像装置において、例えば、被写体が明るいときには、固体撮像素子に光を集光する光学系に配置される絞り機構により光量を削減することが行われている。しかしながら、絞り機構が簡素な光学系を備えた撮像装置では、高照度下で動画像の撮像を行うと、動画像を構成する１画像（１フレーム）ごとにおける露光時間が極端に短くなる。このため、フレーム間の連続性が損なわれてしまい、パラパラとした感じを有する動画像が撮像されることになる。【０００５】
これに対し、従来、例えば、画素内に可変容量を所持して変換効率を可変化する構成や、４画素を１画素として用いるクアドラコーディングを用いて単画素のみアクセスする構成など、電子的に減光する電子ＮＤ機能が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３２８１３５号公報
【特許文献２】特開２００７−５９９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような電子ＮＤ機能は、いずれも画素部のレイアウトが煩雑化してしまうため、より簡易な構成で電子ＮＤ機能を提供することが求められていた。【０００８】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より簡易な構成で電子ＮＤ機能を提供することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一側面の撮像素子は、画素から出力される画素信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する。【００１０】
本開示の一側面の制御方法またはプログラムは、前記撮像素子は、画素から出力される画素信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有し、１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行うステップを含む。【００１１】
本開示の一側面の電子機器は、画素から出力される画素信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する撮像素子を備える。【００１２】
本開示の一側面においては、撮像素子は、画素から出力される画素信号をＡＤ変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部において画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部とを備え、ＡＤ変換部は、画素信号および参照信号を比較する比較部と、比較部に画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する。そして、１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間が取得され、その露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、比較部に画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように切り替え部に対する制御が行われる。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の一側面によれば、より簡易な構成で電子ＮＤ機能を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本技術を適用した撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の構成例を示す図である。
【図３】カラム信号処理回路が有するカラム処理部の構成例を示す図である。
【図４】撮像素子の駆動モードの切り替えについて説明する図である。
【図５】従来の自動露出処理について説明する図である。
【図６】撮像素子の駆動モードの切り替え処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本技術を適用した電子機器の一例である撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、撮像装置１１は、光学系１２、撮像素子１３、信号処理回路１４、自動露出処理回路１５、表示部１６、および記憶部１７を備えて構成される。例えば、撮像装置１１は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのように静止画像および動画像を撮像可能な電子機器である。
【００１８】
光学系１２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１３に導き、撮像素子１３の受光面に結像させる。
【００１９】
撮像素子１３は、光学系１２により集光される光を受光する受光面に複数の画素が行列状に配置されており、それぞれの画素が受光した光の光量に応じた画素信号を信号処理回路１４に供給する。なお、撮像素子１３の構成については、図２を参照して後述する。
【００２０】
信号処理回路１４は、撮像素子１３から供給される画素信号に対して、ホワイトバランス調整やガンマ補正などの各種の信号処理を施し、画素信号に基づいた画像（画像データ）を構築して、自動露出処理回路１５、表示部１６、および記憶部１７に供給する。
【００２１】
自動露出処理回路１５は、撮像素子１３により撮像された画像の明るさを検出し、例えば、図示しない入力部を利用してユーザが入力した露出値に従った適正な明るさとなるように、画像の明るさを自動的に調整する自動露出処理を行う。例えば、自動露出処理回路１５は、撮像素子１３から出力される全ての画素信号の平均値を求めることで画像の明るさ（以下適宜、センサ出力レベルと称する）を検出し、センサ出力レベルを撮像素子１３に供給する。これにより、撮像素子１３では、センサ出力レベルに従って、画像の明るさが調整される。
【００２２】
表示部１６は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネルなどにより構成され、信号処理回路１４から供給される画像を表示する。
【００２３】
記憶部１７は、例えば、撮像装置１１に内蔵される不揮発性メモリや、撮像装置１１に対して着脱可能なリムーバブルメディアなどにより構成され、信号処理回路１４から供給される画像（画像データ）を記憶する。
【００２４】
このように構成される撮像装置１１では、撮像素子１３により撮像された画像が表示部１６に表示され、図示しないシャッタボタンが操作されると、そのタイミングで撮像された画像が記憶部１７に記憶される。そして、撮像素子１３により撮像される画像の明るさが、自動露出処理回路１５により制御される。
【００２５】
次に、図２には、撮像素子１３の構成例が示されている。
【００２６】
図２に示すように、撮像素子１３は、画素領域２１、垂直駆動回路２２、カラム信号処理回路２３、水平駆動回路２４、出力回路２５、ランプ信号生成回路２６、および制御回路２７を備えて構成される。
【００２７】
画素領域２１は、図１の光学系１２により集光される光を受光する受光面である。画素領域２１には、複数の画素３１が行列状に配置されており、それぞれの画素３１は、水平信号線３２を介して行ごとに垂直駆動回路２２に接続されるとともに、垂直信号線３３を介して列ごとにカラム信号処理回路２３に接続される。複数の画素３１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２１に結像する被写体の画像が構築される。
【００２８】
垂直駆動回路２２は、画素領域２１に配置される複数の画素３１の行ごとに、それぞれの画素３１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３２を介して画素３１に供給する。
【００２９】
カラム信号処理回路２３は、複数の画素３１から垂直信号線３３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変換を行うとともにリセットノイズを除去する。例えば、カラム信号処理回路２３は、画素３１の列数に応じた複数のカラム処理部４１（後述の図３参照）を有して構成され、画素３１の列ごとに並列的にCDS処理を行うことができる。
【００３０】
水平駆動回路２４は、画素領域２１に配置される複数の画素３１の列ごとに、カラム信号処理回路２３から画素信号をデータ出力信号線３４に出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路２３に供給する。
【００３１】
出力回路２５は、水平駆動回路２４の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路２３からデータ出力信号線３４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１４（図１）に出力する。
【００３２】
ランプ信号生成回路２６は、カラム信号処理回路２３が画素信号をＡＤ変換する際に参照する参照信号として、一定の勾配で時間の経過に従って降下する電圧（スロープ電圧）のランプ信号を生成し、カラム信号処理回路２３に供給する。
【００３３】
制御回路２７は、撮像素子１３の内部の各ブロックの駆動を制御する。例えば、制御回路２７は、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、それぞれのブロックに供給する。例えば、撮像装置１１では、所定のフレームレートで連続的に画像が撮像され、制御回路２７は、１フレーム前の画像を撮像した際の露光時間（シャッタスピード）に基づいて、撮像素子１３の駆動モードを切り替える制御を行う。
【００３４】
次に、図３には、カラム信号処理回路２３が有するカラム処理部４１の構成例が示されている。
【００３５】
上述したように、カラム信号処理回路２３は複数のカラム処理部４１を有して構成されており、図３には、そのうちの１つのカラム処理部４１が図示されている。なお、複数のカラム処理部４１は、それぞれ同様に構成され、それらの図示は省略する。
【００３６】
図３に示すように、カラム処理部４１は、コンパレータ４２、カウンタ４３、抵抗４４、キャパシタ４５乃至４７、並びに、スイッチ４８および４９を備えて構成され、画素から出力される画素信号をＡＤ変換する。
【００３７】
コンパレータ４２のプラス側の入力端子は、キャパシタ４５を介してランプ信号生成回路２６に接続されており、キャパシタ４５およびランプ信号生成回路２６の接続点は抵抗４４を介して接地されている。従って、コンパレータ４２のプラス側の入力端子には、ランプ信号生成回路２６から出力されるランプ信号に従った電位が印加される。なお、ランプ信号生成回路２６は、制御回路２７から供給される出力電流制御信号に従って、ランプ信号を出力するための出力電流の電流量を調整する。
【００３８】
一方、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子は、キャパシタ４６を介して、図２の垂直信号線３３に接続されており、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子には、画素３１から出力されるアナログの画素信号に従った電位が印加される。また、キャパシタ４６およびコンパレータ４２の接続点には、スイッチ４８の一方の端子が接続されており、スイッチ４８の他方の端子はキャパシタ４７を介して接地されている。なお、スイッチ４８は、制御回路２７から供給される振幅調整制御信号に従って開閉する。
【００３９】
また、コンパレータ４２の出力端子は、カウンタ４３の入力に接続されており、カウンタ４３の出力端子は、スイッチ４９を介してデータ出力信号線３４に接続されている。スイッチ４９は、水平駆動回路２４から出力される駆動信号に従って開閉する。
【００４０】
コンパレータ４２は、プラス側の入力端子に入力される入力信号と、マイナス側の入力端子に入力される入力信号との大小を判別し、その判別結果を示す出力信号ＶＣＯを出力する。つまり、コンパレータ４２は、プラス側の入力端子に印加されるランプ信号の電位と、マイナス側の入力端子に印加される画素３１から出力されるアナログの画素信号の電位との大小関係を判別する。そして、コンパレータ４２は、例えば、ランプ信号がアナログの画素信号よりも大きい場合にはハイレベルの出力信号ＶＣＯを出力し、ランプ信号がアナログの画素信号以下となった場合にはローレベルの出力信号ＶＣＯを出力する。
【００４１】
カウンタ４３は、例えば、ランプ信号生成回路２６から供給されるランプ信号の電位が一定の勾配で降下を開始したタイミングから、コンパレータ４２から出力される出力信号ＶＣＯがハイレベルからローレベルに切り替わるタイミングまでの所定のクロック数をカウントする。従って、カウンタ４３がカウントしたカウント値は、コンパレータ４２に入力される画素信号の電位に応じた値となり、これにより、画素３１から出力されるアナログの画素信号がデジタル値に変換される。
【００４２】
例えば、撮像素子１３では、画素３１のフォトダイオードがリセットされたレベルの信号と、画素３１のフォトダイオードが光電変換した電荷を保持したレベルの信号とが、画素３１から出力される。そして、カラム処理部４１において画素信号をＡＤ変換する際に、それらの信号の差分を求めることによって、リセットノイズが除去された画素信号が出力される。
【００４３】
また、所定のカラム処理部４１が配置されている列の画素信号を出力するタイミングになると、水平駆動回路２４から出力される駆動信号に従ってスイッチ４９が閉鎖され、カウンタ４３の出力端子がデータ出力信号線３４に接続される。これにより、カラム処理部４１においてＡＤ変換された画素信号がデータ出力信号線３４に出力される。
【００４４】
ここで、撮像素子１３では、制御回路２７は、１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間ｔ（シャッタスピード）に基づいて、撮像素子１３の駆動モードを切り替える制御を行うことができる。例えば、制御回路２７は、撮像素子１３の駆動モードを、従来通りの通常駆動、撮像素子１３の消費電力が抑制される低消費駆動、および、撮像素子１３により撮像される画像の明るさを電子的に減光する電子ＮＤ駆動のいずれかに切り替えることができる。
【００４５】
図４を参照して、制御回路２７による撮像素子１３の駆動モードの切り替えについて説明する。
【００４６】
図４に示すように、一般的に、被写体の明るさが暗いときには露光時間ｔは長くなり、被写体の明るさが明るいときには露光時間ｔは短くなる。従って、被写体の明るさが明るく、露光時間が短いときには、動きがパラパラに見えてしまい不自然な動画像となることを回避するため、撮像装置１１では、撮像素子１３の駆動モードを電子ＮＤ駆動にする制御が行われる。また、撮像装置１１では、被写体の明るさが暗くもなく、かつ、明るくもないときには、撮像素子１３の駆動モードを低消費駆動にする制御が行われる。
【００４７】
例えば、制御回路２７には、撮像素子１３の駆動モードを切り替える際に用いる閾値として、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１および低消費駆動用閾値ｔ２が予め設定されている。電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１は、例えば、動画像のパラパラ感が気になりだす画素３１の蓄積時間から決定される。
【００４８】
また、低消費駆動用閾値ｔ２は、例えば、カラム処理部４１において画素信号をＡＤ変換する際のゲインを低下させたときでも、画素３１に由来する光ショットノイズが、コンパレータ４２の入力換算ノイズよりも十分に大きいという関係性が保たれる光電子数を満たす露出値から決定される。なお、簡略化のために、低消費駆動用閾値ｔ２として、光学系１２が有するレンズの絞り値や、画素３１に電荷を蓄積する蓄積時間を用いることができ、例えば、本実施の形態においては、蓄積時間が用いられる。また、図示するように、低消費駆動用閾値ｔ２は、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１よりも大きな値（即ち、露光時間が長い方）に設定されている。
【００４９】
そして、制御回路２７は、１フレーム前の画像を撮像した際の露光時間ｔと、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１および低消費駆動用閾値ｔ２とを比較する。その結果、制御回路２７は、その大小関係に基づいて、カラム処理部４１のスイッチ４８のオンとオフとの切り替えを指示する振幅調整制御信号を出力し、ランプ信号生成回路２６から出力される出力電流の電流量の切り替えを指示する出力電流制御信号を出力する。
【００５０】
例えば、制御回路２７は、１フレーム前の露光時間ｔが低消費駆動用閾値ｔ２以上である場合（ｔ≧ｔ２）には、振幅調整制御信号をオフにする。一方、制御回路２７は、１フレーム前の露光時間ｔが低消費駆動用閾値ｔ２より小さい場合（ｔ＜ｔ２）には、振幅調整制御信号をオンにする。
【００５１】
また、制御回路２７は、１フレーム前の露光時間ｔが、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１以上であり、かつ、低消費駆動用閾値ｔ２より小さい場合（ｔ１≦ｔ＜ｔ２）には、出力電流制御信号をオンにする。一方、制御回路２７は、１フレーム前の露光時間ｔが、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１より小さい場合（ｔ＜ｔ１）、および、１フレーム前の露光時間ｔが、低消費駆動用閾値ｔ２以上である場合（ｔ≧ｔ２）には、出力電流制御信号をオフにする。
【００５２】
従って、１フレーム前の露光時間ｔが、低消費駆動用閾値ｔ２以上である場合（ｔ２＜ｔ）には、振幅調整制御信号および出力電流制御信号は共にオフとなる。従って、この場合、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子にはキャパシタ４６のみが接続され、ランプ信号生成回路２６は通常の出力電流でランプ信号を出力する。これにより、撮像素子１３は、従来通りの通常駆動を行う。
【００５３】
また、１フレーム前の露光時間ｔが、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１以上であり、かつ、低消費駆動用閾値ｔ２より小さい場合（ｔ１≦ｔ＜ｔ２）、振幅調整制御信号および出力電流制御信号は共にオンとなる。即ち、この場合、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子にはキャパシタ４６に加えて、キャパシタ４７が接続されるとともに、ランプ信号生成回路２６は、出力電流を抑制しながらランプ信号を出力する。
【００５４】
このように、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子にキャパシタ４７が接続されることによって容量が増加することで、コンパレータ４２に入力される画素信号が低振幅化される。このため、ランプ信号生成回路２６がランプ信号を出力する際の出力電流を抑制してランプ信号の変位が小さくても、カラム処理部４１において画素信号をＡＤ変換することができる。従って、撮像素子１３は、ランプ信号生成回路２６の出力電流を抑制するのに応じて、低消費電力で駆動することができる。
【００５５】
また、１フレーム前の露光時間ｔが、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１より小さい場合（ｔ＜ｔ１）には、振幅調整制御信号はオンとなり、出力電流制御信号はオフとなる。即ち、この場合、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子にはキャパシタ４６に加えて、キャパシタ４７が接続されるとともに、ランプ信号生成回路２６は、通常の出力電流でランプ信号を出力する。
【００５６】
このように、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子にキャパシタ４７が接続されることによって容量が増加することで、コンパレータ４２に入力される画素信号が低振幅化される。このとき、ランプ信号生成回路２６は、通常通りの変位のランプ信号を出力しているため、露光時間が増加（拡張）することになる結果、ＮＤフィルタ機能の振る舞いをすることになるため、撮像素子１３は、電子ＮＤ駆動することができる。
【００５７】
以上のように、制御回路２７が、１フレーム前の露光時間ｔに基づいて、撮像素子１３の駆動モードを、通常駆動、低消費駆動、および電子ＮＤ駆動のいずれかに切り替えることができる。
【００５８】
ここで、図５に示す従来の自動露出処理と比較して説明する。
【００５９】
従来の自動露出処理では、振幅調整制御信号および出力電流制御信号による制御が行われず、振幅調整制御信号および出力電流制御信号は常にオフの状態と同様である。そして、従来の自動露出処理では、撮像素子１３は通常駆動を行い、被写体の明るさに依らず常に画素信号のレベルが一定に保たれている。このため、被写体の明るさに依らず常に画素信号（アナログ）のレベルを一定に保つような通常駆動が行われる。そのため、例えば、被写体の明るさが非常に明るい場合には、露光時間が極端に短くなり、上述したようなパラパラ感のある不自然な動画像が撮像される。
【００６０】
これに対し、撮像装置１１では、被写体の明るさが非常に明るく、露光時間ｔが電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１よりも短くなった場合には、撮像素子１３の駆動モードが電子ＮＤ駆動となる。これにより、露光時間が増加することになり、撮像装置１１は、より自然な滑らかな動画像を撮像することができる。
【００６１】
次に、図６は、撮像素子１３の駆動モードの切り替え処理を説明するフローチャートである。
【００６２】
例えば、撮像装置１１において動画像の撮像が開始され、所定のフレームの画像が撮像されると処理が開始される。ステップＳ１１において、図１の自動露出処理回路１５は、撮像素子１３により撮像された画像の明るさを検出し、画像を適正な明るさに調整する自動露出処理を行う。そして、自動露出処理回路１５は、この画像が撮像されたときの露光時間ｔを、次のフレームの画像を撮像する際に参照することができるように制御回路２７に通知する。
【００６３】
ステップＳ１２において、制御回路２７は、１フレーム前の露光時間ｔは、低消費駆動用閾値ｔ２以上であるか否かを判定する。そして、制御回路２７が、１フレーム前の露光時間ｔは、低消費駆動用閾値ｔ２以上であると判定した場合には、処理はステップＳ１３に進む。
【００６４】
ステップＳ１３において、制御回路２７は、振幅調整制御信号および出力電流制御信号をオフにし、撮像素子１３の駆動モードを通常駆動にして処理は終了される。
【００６５】
一方、ステップＳ１２において、制御回路２７が、１フレーム前の露光時間ｔは低消費駆動用閾値ｔ２以上でない（未満である）と判定した場合には、処理はステップＳ１４に進む。
【００６６】
ステップＳ１４において、制御回路２７は、１フレーム前の露光時間ｔは、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１以上であり、かつ、低消費駆動用閾値ｔ２より小さいか否かを判定する。そして、制御回路２７が、１フレーム前の露光時間ｔは、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１以上であり、かつ、低消費駆動用閾値ｔ２より小さいと判定した場合には、処理はステップＳ１５に進む。
【００６７】
ステップＳ１５において、制御回路２７は、振幅調整制御信号および出力電流制御信号をオンにし、撮像素子１３の駆動モードを低消費駆動にして処理は終了される。
【００６８】
一方、ステップＳ１２において、制御回路２７が、１フレーム前の露光時間ｔは、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１以上であり、かつ、低消費駆動用閾値ｔ２より小さいのではない（即ち、ステップＳ１２の判定を考慮して、電子ＮＤ駆動用閾値ｔ１より小さい）と判定した場合には、処理はステップＳ１６に進む。
【００６９】
ステップＳ１６において、制御回路２７は、振幅調整制御信号をオンとするとともに、出力電流制御信号をオフとし、撮像素子１３の駆動モードを電子ＮＤ駆動にして処理は終了される。
【００７０】
以上のように、撮像素子１３は、制御回路２７が、コンパレータ４２のマイナス側の入力端子に接続される容量を増やす制御、および、ランプ信号生成回路２６から出力される出力電流の電流量を低減する制御を行うことにより、撮像素子１３の駆動モードを、通常駆動、低消費駆動、または電子ＮＤ駆動に切り替えることができる。これにより、撮像装置１１では、フレーム間の連続性が保たれた滑らかな動画像を撮像すること、および、消費電力を抑制することができる。
【００７１】
また、撮像素子１３では、画素領域２１におけるレイアウトを煩雑化することなく電子ＮＤ機能を実現することができる。即ち、撮像素子１３では、画素信号の振幅を調整するためのキャパシタ４８およびスイッチ４８をカラム処理部４１に設ける構成とし、制御回路２７が、振幅調整制御信号によりスイッチ４８のオンとオフとを切り替える制御を行うだけで、電子ＮＤ機能を実現することができる。
【００７２】
さらに、撮像素子１３では、ランプ信号生成回路２６が、制御回路２７から供給される出力電流制御信号に従って出力電流の電流量を抑制することにより、低消費電力化を実現することができる。
【００７３】
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
【００７４】
また、本技術を適用した固体撮像素子は、図１に示したような撮像装置の他、撮像機能を備えた携帯電話機や、いわゆるスマートフォンなどのように、撮像機能を備えた各種の電子機器に適用することができる。
【００７５】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する
撮像素子。
（２）
１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行う制御部
をさらに備える上記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記制御部は、前記露光時間が、所定の第２の閾値以上であり、かつ、前記第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行うのに加えて、前記出力電流の電流量を低減するように前記参照信号生成部に対する制御を行う
上記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４）
撮像素子の制御方法において、
前記撮像素子は、
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有し、
１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、
前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行う
ステップを含む制御方法。
（５）
撮像素子の制御をコンピュータに実行させるプログラムにおいて、
前記撮像素子は、
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有し、
１フレーム前の画像が撮像されたときの露光時間を取得し、
前記露光時間が、所定の第１の閾値より小さい場合、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を増やすように前記切り替え部に対する制御を行う
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
（６）
画素から出力される画素信号をＡＤ（Analog to Digital）変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部において前記画素信号がＡＤ変換されるときに参照される参照信号を生成する参照信号生成部と
を備え、
前記ＡＤ変換部は、前記画素信号および前記参照信号を比較する比較部と、前記比較部に前記画素信号が入力される端子に接続される容量を切り替える切り替え部とを有する
撮像素子を備える電子機器。
【００７６】
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。
【符号の説明】
【００７７】
１１  撮像装置，  １２  光学系，  １３  撮像素子，  １４  信号処理回路，  １５  自動露出処理回路，  １６  表示部，  １７  記憶部，  ２１  画素領域，  ２２  垂直駆動回路，  ２３  カラム信号処理回路，  ２４  水平駆動回路，  ２５  出力回路，  ２６  ランプ信号生成回路，  ２７  制御回路，  ３１  画素，  ３２  水平信号線，  ３３  垂直信号線，  ３４  データ出力信号線，  ４１  カラム処理部，  ４２  コンパレータ，  ４３  カウンタ，  ４４  抵抗，  ４５乃至４７  キャパシタ，  ４８および４９  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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