(57)【要約】【課題】装置の起動時や急激な負荷変動時などに適正な電流供給を行い、起動動作の高速化や負荷変動の抑制を図る。【解決手段】チャージポンプ回路の出力電圧を検知し、チャージポンプ回路のスイッチング周波数を可変制御することにより、電流供給能力を制御して、出力電圧の変動を吸収する。これにより、例えば起動時の電圧変化を短時間に収束し、起動後の動作を高速化したり、急激な負荷変動を最小にして動作の安定化を図る。したがって、起動の高速化により固体撮像装置を積極的に休止状態とし、機器の低消費電力化が実現できる。また、瞬間的な電流の供給先としては、例えば外付けの容量等となるが、電流供給能力を高めることで、外付けの容量に素早く電荷をチャージでき、結果として、より小さな容量を選択することも可能になり、コスト並びにレイアウトの面で改善が期待できる。【選択図】図１
2008136047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に沿って配置される複数の光電変換手段と、
前記光電変換手段で生成された信号電荷を読み出す読み出し手段と、
前記光電変換手段及び読み出し手段を含む各部に各種レベルの電圧を供給する電圧供給手段と、
前記電圧供給手段による供給電圧のうちの所定の供給電圧のレベル変動を検出する検出手段と、
前記検出手段によって所定の供給電圧のレベル変動が検出された場合に、そのレベル変動を収束させる方向に制御する制御手段と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は装置の起動時に前記供給電圧のレベル変動を制御することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は稼働中の急激な負荷変動時に前記供給電圧のレベル変動を制御することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記電圧供給手段は、アンプ出力から電荷を汲み上げるポンプ容量と、前記ポンプ容量の電荷汲み上げ動作をスイッチング制御するスイッチ回路とを含むチャージポンプ回路よりなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御することにより、前記供給電圧のレベル変動を制御することを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御する制御信号を切り換える選択回路であることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記制御手段は前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御する電圧制御発振機であることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記制御手段は前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御するＰＬＬであることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記検出手段は前記供給電圧を所定の基準電圧と比較する比較器であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記検出手段は前記供給電圧を数値化するＡＤ変換器であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
被写体の撮像を行うための固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光部に被写体像を結像させる撮像光学系と、前記撮像光学系を駆動する駆動制御部と、前記固体撮像装置からの出力信号を信号処理し、撮像信号を生成する信号処理部と、前記信号処理部によって生成された撮像信号を記録する記録部と、前記信号処理部によって生成された撮像信号を出力する出力部と、撮像動作を制御するための各種信号を入力する操作部と有し、
前記固体撮像装置は、
受光面に沿って配置される複数の光電変換手段と、
前記光電変換手段で生成された信号電荷を読み出す読み出し手段と、
前記光電変換手段及び読み出し手段を含む各部に各種レベルの電圧を供給する電圧供給手段と、
前記電圧供給手段による供給電圧のうちの所定の供給電圧のレベル変動を検出する検出手段と、
前記検出手段によって所定の供給電圧のレベル変動が検出された場合に、そのレベル変動を収束させる方向に制御する制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
前記制御手段は装置の起動時に前記供給電圧のレベル変動を制御することを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記制御手段は稼働中の急激な負荷変動時に前記供給電圧のレベル変動を制御することを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記電圧供給手段は、アンプ出力から電荷を汲み上げるポンプ容量と、前記ポンプ容量の電荷汲み上げ動作をスイッチング制御するスイッチ回路とを含むチャージポンプ回路よりなることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御することにより、前記供給電圧のレベル変動を制御することを特徴とする請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記制御手段は前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御する制御信号を切り換える選択回路であることを特徴とする請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記制御手段は前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御する電圧制御発振機であることを特徴とする請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記制御手段は前記チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御するＰＬＬであることを特徴とする請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記検出手段は前記供給電圧を所定の基準電圧と比較する比較器であることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記検出手段は前記供給電圧を数値化するＡＤ変換器であることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種イメージセンサに用いられる固体撮像装置に関し、特に起動時やその他の負荷変動に対して有効な動作を確保できる固体撮像装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の固体撮像装置としてＭＯＳ型固体撮像装置が知られている。また、ＭＯＳ型固体撮像装置のうち、画素を構成するフォトダイオード（光電変換部）の信号電荷を転送トランジスタを用いて検出部に転送してから読み出す方式の固体撮像装置が知られている。
この方式のＭＯＳ型固体撮像装置はＣＣＤ型固体撮像装置と異なり、ＣＭＯＳ論理回路を同一チップ上に搭載しており、画素も論理回路と同じ低電圧の１電源で動作するように構成されている。このことから、例えば転送トランジスタがｎチャネルＭＯＳトランジスタの場合、画素中の転送トランジスタのゲート電圧は０Ｖと電源電圧Ｖｄｄの２値であった。そこで従来は、暗電流を防止するために負電圧を転送トランジスタのゲートに印加して暗電流を防止し画質の向上を達成することが行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、このような従来のＭＯＳ型固体撮像装置の一例を示す回路図である。
このＭＯＳ型固体撮像装置１は、複数の画素２が行列状に配列されたセンサ部３と、センサ部を駆動する垂直走査回路４および水平走査回路５と、センサ部３の一行分の画素２の信号を受ける信号保持回路６とを有して構成される。なお、図１０では、画素２を便宜的に２個×２個で描いているが、実際には多数配列されている。
各画素２の構成は、光電変換を行うフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの信号電荷を検出部（フローティングデフュージョン）ＦＤに転送する転送トランジスタＱＴと、検出部ＦＤの電位を垂直信号線８に出力する増幅トランジスタＱＡと、画素２の行を選択するアドレストランジスタＱＤと、検出部ＦＤの電位をリセットするリセットトランジスタＱＲとを有している。
また、画素２において、アドレストランジスタＱＤのゲートは垂直走査回路４からの垂直選択線１０に接続される。また、リセットトランジスタＱＲのゲートはリセット線１１に接続され、転送トランジスタＱＴのゲートは垂直読み出し線９に接続される。垂直信号線８は、その一端に定電流源の役割を持つ負荷トランジスタＱＬが接続され、他端に信号保持回路６が接続される。各画素の出力信号は、垂直信号線８を通して信号保持回路６に取り込まれ、水平走査回路５の駆動によってＯＲゲート１５を通して後段の回路に出力される。
【０００４】
また、垂直走査回路４には、画素行毎に３つのバッファ回路１２、１３、１４が設けられている。このうちバッファ回路１２、１３は、垂直走査回路４側よりパルスのＬｏｗレベルが入力されたとき、出力側の垂直選択線１０、または、リセット線１１に電源電圧Ｖｄｄを出力し、パルスのＨｉｇｈレベルが入力されたとき、出力側の垂直選択線１０、または、リセット線１１にグランド電圧を出力する。
また、本例では、電荷蓄積期間中に転送トランジスタＱＴのゲートに負電圧を印加する手段として負電圧発生回路７（例えばチャージポンプ回路）が設けられる。この負電圧発生回路７の出力は、垂直読み出し線９に接続されたバッファ回路１４に入力される。
バッファ回路１４は、垂直走査回路４側よりパルスのＬｏｗレベルが入力されたとき、出力側の垂直読み出し線９に電源電圧Ｖｄｄを出力し、パルスのＨｉｇｈレベルが入力されたとき、出力側の垂直読み出し線９に負電圧を出力する。
【０００５】
次に、上述したＭＯＳ型固体撮像装置１におけるシャッタの動作を図１１に示す。なお、この動作は電荷蓄積期間と読出し期間とに分けられ、同一行にある画素は全て同じタイミングで処理を行う。また、蓄積と読出しを一行ごとに連続した動作で行い、それを行数分繰り返して出力する通常シャッタモード（図１１（ａ）)と、全画素同時に電荷蓄積を行った後で、読出しを一行ずつ行うグローバルシャッタモード（図１１（ｂ）)とがある。また、図１１において、リセットゲート信号をφＲ、転送デート信号をφＴとした。
通常シャッタモード（図１１（ａ）)では、まず、フォトダイオードＰＤと検出部ＦＤがリセットされてから、電荷蓄積が開始される。そして、電荷蓄積終了後の読出し期間において、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷は検出部ＦＤに移され、増幅トランジスタＱＡと負荷トランジスタＱＬで構成されるソースフォロワによって、ＦＤに対応する信号電圧が信号保持回路６に伝えられる。グローバルシャッタモードではグローバルシャッタ信号がＯＮすることでリセットを行い、ＯＦＦすることで電荷蓄積が全画素同時に行われメカシャッタにより全画素同時に電荷蓄積終了となる。その後の読出し期間は、通常シャッタ時の一行分の制御シーケンスと同じであり、これを行数分繰り返すことにより、全画素の信号が出力される。
【０００６】
次に従来の昇圧型チャージポンプ回路を図１２に示す（例えば特許文献２参照）。
図示のように、このチャージポンプ回路は、発振回路２０１、アンプ２０２、基準電圧源２０３、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２、ポンプ用コンデンサ（ポンプ容量）ＣＰ、出力用コンデンサＣＯＵＴ、インバータ２０４等で構成され、ポンプ用コンデンサＣＰの両端にスイッチＳＷ１、ＳＷ４を介してアンプ２０２による電源電圧Ｖａが印加され、ポンプ用コンデンサＣＰの片端がスイッチＳＷ２を介して出力用コンデンサＣＯＵＴに接続され、他端がスイッチＳＷ３を介して接地されている。
そして、発振回路２０１、インバータ２０４、及びスイッチＳＷ１〜ＳＷ４によるスイッチング動作によって、アンプ２０２からの電荷をポンプ用コンデンサＣＰに充電し、昇圧された出力を出力用コンデンサＣＯＵＴにて平滑化し、出力電圧ＶＯＵＴとして出力する。
また、この回路では、抵抗Ｒ１、Ｒ２により出力電圧ＶＯＵＴを分割し、その分割電圧と参照電圧ＶＲＥＦ１とをアンプ２０２によって比較し、そのアンプ２０２の出力電圧Ｖａをチャージポンプ回路の電源とすることで昇圧動作を行う。
【０００７】
次に、図１２で示した構成は昇圧型チャージポンプの回路構成であるが、反転型のチャージポンプのアンプを用いた帰還システムについても同様な構成で実現できる。この反転型チャージポンプ回路を図１３に示す。なお、図１２と共通する構成要素には同一符号を付している。
図示のように、この回路では、ポンプ用コンデンサＣＰの片端がスイッチＳＷ１を介して接地（ＧＮＤ）され、他端がスイッチＳＷ３を介して駆動電圧Ｖｄｄに接続されている。
そして、各基準電圧には新たな電圧値を設け、スイッチングのシーケンスとして、まず、スイッチＳＷ１、ＳＷ３によりＶｄｄとＧＮＤとの間を接続することでポンプ用コンデンサＣＰに電荷を充電する。その後、スイッチＳＷ４をアンプ２０２の出力電圧Ｖａに接続し、逆端をスイッチＳＷ２に接続することによって負電圧出力ＶＯＵＴを生成する。
【特許文献１】特開２００２−２１７３９７号公報
【特許文献２】特開平６−３５１２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した図１０〜図１３の従来技術は、それぞれ以下のような課題を有している。
まず、図１０に示すイメージセンサの問題点について、画素２の転送トランジスタＱＴに着目し、問題となる電荷蓄積開始時のリセット動作について以下に説明する。図１４は垂直読出し線から転送トランジスタＱＴに加えられる転送ゲート駆動パルスのタイミングチャートである。
まず、リセット開始のとき、垂直走査回路４からのリセット線１１と垂直読出し線９からの信号パルスΦＲ、ΦＴによって、リセットトランジスタＱＲと転送トランジスタＱＴがオンする（図中（１））。フォトダイオードＰＤと検出部ＦＤは、この動作により暗電荷が掃きだされるためリセットされる。次に（２）の時点において、リセット、転送パルスΦＲ、ΦＴをＬｏｗレベルにすると、転送トランジスタがオフされ電荷蓄積が始まる。
【０００９】
図１５（ｄ）と（ｅ）は、チャージポンプ回路（負電圧発生回路）において、リセット時の容量負荷の変動を示す図である。なお、ここでは具体的な負電圧として前記特許文献１に示されている−１．１Ｖを用いている。
まず、リセット開始する前の時点では、転送ゲートの全負荷がチャージポンプ回路に接続されている状態である。ここで、転送ゲート駆動パルスをＨｉｇｈにした瞬間、負電圧発生回路から転送ゲートの負荷容量は切り離される。この際、チャージポンプの出力での負荷が減少することになり出力電圧が若干変動するが、転送ゲートとは切り離されているため、画像として問題に現れてこない。
次に（２）の時点において、転送ゲート駆動パルスをＬｏｗにして、リセットを終了し電荷蓄積を開始する。このとき転送ゲートの負荷容量ＣＱＴが一気に負電圧発生回路に接続される。このときの負荷容量はグローバルシャッタモードだと全画素分となる。
従って図１０の構成では、グローバルシャッタにおける蓄積期間前のリセット動作は、チャージポンプに大きな容量負荷の変動（全画素数分の容量負荷）を与えてしまい、結果として負電圧の値も変動する。この時、負電圧は容量負荷が増えることにより絶対値の小さい方向に変動してしまう。また、この期間は電荷蓄積時間に相当し、電圧変動期間により暗電流が原因でシェーディングのある画像となってしまう可能性が大きい。
【００１０】
次に上述した従来のチャージポンプ回路の問題点について、例えば図１２の負帰還の制御では急激な出力変動に対して帰還ループで決まる時定数での応答でしかできず、回復する時間はループでの帯域によって制限される。よって、急激な負荷の変動の際に、コンデンサより供給した電荷による電圧変化を安定なレベルに回復するのに時間がかかってしまう問題がある。
また、図１３に示す反転型チャージポンプにおいても、図１２に示すチャージポンプと同様の問題が発生し、急激な電圧変化に対する応答がアンプの帯域で制限されるため出力電圧が設定電圧に戻るまでに時間を要してしまう。この動作を図１７に示す。
まず、グローバルシャッタ信号の立下りと同時に全画素の転送ゲートに負電圧（例えば−１．１Ｖ）が印加されるため、チャージポンプとしての負荷は瞬間的に増加することになる。このためコンデンサからの電荷の移動のため出力電圧は変動し、それによってアンプ２０２は電荷を供給するためアンプ出力Ｖａを下げる動作を行う。このアンプの出力が図１３にあるスイッチＳＷ４に接続されているため、ポンプ用コンデンサをスイッチングする電圧（ＣＢ）のＬｏｗレベルはアンプ２０２の出力変化と同様に動作する。以上のフィードバック動作によって出力電圧は設定値へと収束する。ここで出力電圧の応答はアンプの応答に追従するため、すばやく電圧を復帰させることが困難である。
【００１１】
また、動作の安定化のため、出力用コンデンサＣＯＵＴには大きな容量を使用する。そのため電源投入時、および休止状態からの復帰時など、ゼロスタートから目標電圧までの到達までに長い起動時間を要す。この動作を図１６に示す。
このような電圧の収束の問題は、転送トランジスタに印加している負電圧が設定電圧になるのが遅くなることを意味し、暗電流を抑制する十分な負電圧を印加できないため、暗電流を発生させてしまうことでシェーディングを引き起こすという不具合を生じる。
この不具合を解消する方法として図１２、図１３において、アンプの帯域を広げるといった方法があるが、帯域を広げることによって安定性の悪化、スイッチングのノイズの影響を大きくするといった不具合が逆に発生する。また、出力電圧の変動を小さくする他の手段としては、外付け容量を大きくすることで対応できるが、この方法では、スペース、コストの面で新たな問題となってしまう。
また、電源投入時や休止状態からの復帰時などの起動時間の長さは、負電圧が長時間安定しないことを意味し、一定時間良好な画像が得られないことから、積極的に休止状態にすることができず、消費電力の低減に貢献できない。
【００１２】
そこで本発明は、装置の起動時や急激な負荷変動時などに適正な電流供給を行い、起動動作の高速化や負荷変動の抑制を図ることができ、動作の迅速化や省電力化を実現できる固体撮像装置及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、受光面に沿って配置される複数の光電変換手段と、前記光電変換手段で生成された信号電荷を読み出す読み出し手段と、前記光電変換手段及び読み出し手段を含む各部に各種レベルの電圧を供給する電圧供給手段と、前記電圧供給手段による供給電圧のうちの所定の供給電圧のレベル変動を検出する検出手段と、前記検出手段によって所定の供給電圧のレベル変動が検出された場合に、そのレベル変動を収束させる方向に制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の撮像装置は、被写体の撮像を行うための固体撮像装置と、前記固体撮像装置の受光部に被写体像を結像させる撮像光学系と、前記撮像光学系を駆動する駆動制御部と、前記固体撮像装置からの出力信号を信号処理し、撮像信号を生成する信号処理部と、前記信号処理部によって生成された撮像信号を記録する記録部と、前記信号処理部によって生成された撮像信号を出力する出力部と、撮像動作を制御するための各種信号を入力する操作部と有し、前記固体撮像装置は、受光面に沿って配置される複数の光電変換手段と、前記光電変換手段で生成された信号電荷を読み出す読み出し手段と、前記光電変換手段及び読み出し手段を含む各部に各種レベルの電圧を供給する電圧供給手段と、前記電圧供給手段による供給電圧のうちの所定の供給電圧のレベル変動を検出する検出手段と、前記検出手段によって所定の供給電圧のレベル変動が検出された場合に、そのレベル変動を収束させる方向に制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の固体撮像装置及び撮像装置によれば、電圧供給手段による所定の供給電圧のレベル変動を検出し、そのレベル変動を収束させる方向に制御するようにしたことから、例えば起動時の高速化や稼働中の急激な負荷変動を最小にすることができる効果がある。
したがって、例えば起動の高速化により、固体撮像装置を細かく休止状態とすることが可能となり、機器の低消費電力化を図ることが可能となる。また、瞬間的な負荷変動による電流の供給先としては、例えば外付けの容量を用いることになるが、本発明によって急激な負荷変動時の電流供給能力を高めることで、外付けの容量に素早く電荷をチャージでき、結果として、より小さな外付け容量を選択することも可能になり、コスト並びにレイアウトの面での改善が期待できる。
【００１６】
また、アンプ出力から電荷を汲み上げるポンプ容量と、前記ポンプ容量の電荷汲み上げ動作をスイッチング制御するスイッチ回路とを含むチャージポンプ回路より電圧供給手段を構成し、チャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御することで供給電圧のレベル変動を制御することにより、安定した電圧供給を行うことができる。
また、制御手段を、例えばチャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御する制御信号を切り換える選択回路とすることにより、簡易な構成で実現できる。あるいは、制御手段を、例えばチャージポンプ回路のスイッチング周波数を制御する電圧制御発振機、あるいは、ＰＬＬとすることにより、電圧供給量を高精度で円滑または多段階的に制御することが可能となる。
また、検出手段を供給電圧を所定の基準電圧と比較する比較器とすることで簡易な構成で実現できる。または、検出手段を供給電圧を数値化するＡＤ変換器とすることで、高精度で多段階的な検出を実現できる。
なお、これらの制御手段及び検出手段は、それぞれコストや用途に応じて最適な手段を選択すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の実施の形態による固体撮像装置の負電圧発生回路（チャージポンプ回路）の第１の実施例を示す回路図である。なお、固体撮像装置の全体構成については、例えば図１０に示した構成と同様であるものとし、説明は省略する。また、図１において図１３に示した従来例と共通の構成要素については同一符号を付している。
図示のように、このチャージポンプ回路は、選択回路１０１、電圧制御発振機（ＶＣＯ）１０２、比較器１０３、アンプ２０２、基準電圧源２０３、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２、ポンプ用コンデンサＣＰ、出力用コンデンサＣＯＵＴ、インバータ２０４等で構成される。
そして、チャージポンプとしての動作は、図１３の構成と同様に、まず、スイッチＳＷ１、ＳＷ３によりＶｄｄとＧＮＤとの間を接続することでポンプ用コンデンサＣＰに電荷を充電する。その後、スイッチＳＷ４をアンプ２０２の出力電圧Ｖａに接続し、逆端をスイッチＳＷ２に接続することによって負電圧出力ＶＯＵＴを生成する。
【００１８】
また、図１において、選択回路１０１は、比較器１０２からの出力信号に応じてＶＣＯ１０２に供給する制御電圧ＶＯＳＣ１、ＶＯＳＣ２を選択する回路である。
また、ＶＣＯ１０２は、選択回路１０１によって選択された制御電圧ＶＯＳＣ１、ＶＯＳＣ２を入力し、その電圧値に応じた発振周波数の信号を出力し、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４、及びインバータ２０４に供給する。図２はＶＣＯ１０２の入出力特性を例示した説明図である。図示のように、制御電圧ＶＯＳＣ１、ＶＯＳＣ２のレベルと比例した周波数の出力信号を出力する。
また、比較器１０３は、チャージポンプの出力電圧ＶＯＵＴと基準（閾値）電圧ＶＲＥＦ２とを比較し、その比較結果に応じた信号を選択回路１０１に供給する。
したがって、この回路では、チャージポンプの出力電圧ＶＯＵＴに応じてＶＣＯ１０２の発振周波数が切り替えられ、チャージポンプの各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が制御される。
【００１９】
次に、本例のチャージポンプ回路の具体的な動作について説明する。
図３、図４は本例の動作を示す説明図であり、図３は起動時の動作、図４は過負荷時の動作を示している。
まず、起動時（ＶＯＵＴ＝０Ｖ）または急激な負荷変動の場合（例えばグローバルシャッタ時）に、出力電圧ＶＯＵＴがある閾値電圧（ＶＲＥＦ２）以上である場合、比較器１０３の値はＶＣＯ１０２が高速で発振する電圧ＶＯＳＣ２を選択するよう出力される。
そして、一定時間後ある閾値電圧（ＶＲＥＦ２）以下にＶＯＵＴが到達すると、比較器１０３の出力は反転し、ＶＣＯ１０２が低速で発振する電圧ＶＯＳＣ１に切り替わり、効率優先の低消費電力モードに切り替わる。
【００２０】
図５はチャージポンプ回路の第２の実施例を示す回路図である。なお、固体撮像装置の全体構成については、例えば図１０に示した構成と同様であるものとし、説明は省略する。また、図５において図１に示した実施例と共通の構成要素については同一符号を付している。
図示のように、本例のチャージポンプ回路では、比較器１０３をＡＤ変換器１１３に置き換え、かつ、選択回路１０１を４つの電圧値ＶＯＳＣ１〜ＶＯＳＣ４を選択する選択回路１１１に置き換えたものである。図６は本例におけるＶＣＯ１０２の入出力特性を例示した説明図である。図示のように、制御電圧ＶＯＳＣ１、ＶＯＳＣ２、ＶＯＳＣ３、ＶＯＳＣ４のレベルと比例した周波数の出力信号を出力する。
【００２１】
図７、図８は本例の動作を示す説明図であり、図７は起動時の動作、図８は過負荷時の動作を示している。
本例の構成により、ＶＣＯ１０２の出力周波数を比較器１０３を用いたときより多値化できる。そして、この出力周波数の多値化により、目標の電圧付近では周波数を落として収束性を優先し、目標の電圧との乖離が激しいときには周波数を上げて高速性を優先するといったような収束性と高速性の両立を図ることが可能となる。
【００２２】
図９はチャージポンプ回路の第３の実施例を示す回路図である。なお、固体撮像装置の全体構成については、例えば図１０に示した構成と同様であるものとし、説明は省略する。また、図９において図５に示した実施例と共通の構成要素については同一符号を付している。
図示のように、本例のチャージポンプ回路では、選択回路１１１及びＶＣＯ１０２をＰＬＬ１２０に置き換え、ＡＤ変換器からの逓倍制御信号によってＰＬＬ１２０の出力周波数信号を可変制御するようにしたものである。一般にＶＣＯではプロセスバラツキによる周波数のバラツキを特別な補正方法（たとえばトリミングなど）を用いて行う必要があり、本例では、このＶＣＯを不要としたことで、特別な補正を用いることなく実現できる。この結果、周波数のバラツキが少なくなるため、システムにてノイズ除去のための帯域制限が行い易いシステムを実現できる。なお、本例において、ＰＬＬ１２０によって生成する周波数信号は例えば図６に示すものと同様とし、また、起動時及び過負荷時の動作は例えば図７、図８に示すものと同様とする。
【００２３】
なお、以上の説明では、本発明をＭＯＳ型固体撮像装置について適用した場合を説明したが、本発明は必ずしもＭＯＳ型固体撮像装置に限定されず、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置にも適用できるものである。
また、固体撮像装置は１チップ上にＣＭＯＳイメージセンサ等を構成したものに限らず、撮像部と信号処理部や光学系がまとめてパッケージ化されたモジュールであってもよい。また、カメラシステムや携帯電話器に利用される装置であってもよい。なお、本発明では、ＣＭＯＳイメージセンサの機能を単体で有する構成を固体撮像装置といい、固体撮像装置と他の要素（制御回路、操作部、表示部、さらにはデータ蓄積機能、通信機能等）と一体化された構成を撮像装置というものとする。
【００２４】
以下、本発明を適用した撮像装置の具体例を説明する。
図１８は本例のＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラ装置の構成例を示すブロック図である。
図１８において、撮像部３１０は、例えば上記実施例で説明したＣＭＯＳイメージセンサを用いて被写体の撮像を行うものであり、撮像信号をメイン基板に搭載されたシステムコントロール部３２０に出力する。
すなわち、撮像部３１０では、上述したＣＭＯＳイメージセンサの出力信号に対し、ＡＧＣ（自動利得制御）、ＯＢ（オプティカルブラック）クランプ、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）、Ａ／Ｄ変換といった処理を行い、デジタル撮像信号を生成して出力する。
【００２５】
なお、本例では、撮像部３１０内で撮像信号をデジタル信号に変換してシステムコントロール部３２０に出力する例について示しているが、撮像部３１０からアナログ撮像信号をシステムコントロール部３２０に送り、システムコントロール部３２０側でデジタル信号に変換する構成であってもよい。
また、撮像部３１０内での具体的な制御動作や信号処理等も従来から種々の方法が提供されており、本発明の撮像装置において特に限定しないことは勿論である。
【００２６】
また、撮像光学系３００は、鏡筒内に配置されたズームレンズ３０１や絞り機構３０２等を含み、ＣＭＯＳイメージセンサの受光部に被写体像を結像させるものであり、システムコントロール部３２０の指示に基づく駆動制御部３３０の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御が行われる。
【００２７】
また、システムコントロール部３２０には、ＣＰＵ３２１、ＲＯＭ３２２、ＲＡＭ３２３、ＤＳＰ３２４、外部インターフェース３２５等が設けられている。
ＣＰＵ３２１は、ＲＯＭ３２２及びＲＡＭ３２３を用いて本カメラ装置の各部に指示を送り、システム全体の制御を行う。
ＤＳＰ３２４は、撮像部３１０からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号（例えばＹＵＶ信号等）を生成する。
外部インターフェース３２５には、各種エンコーダやＤ／Ａ変換器が設けられ、システムコントロール部３２０に接続される外部要素（本例では、ディスプレイ３３０、メモリ媒体３４０、操作パネル部３５０）との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。
【００２８】
ディスプレイ３３０は、本カメラ装置に組み込まれた例えば液晶パネル等の小型表示器であり、撮像した画像を表示する。なお、このようなカメラ装置に組み込まれた小型表示器に加えて、外部の大型表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。
メモリ媒体３４０は、例えば各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるものであり、例えばメモリ媒体コントローラ３４１に対してメモリ媒体を交換可能なものとなっている。メモリ媒体３４０としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。
操作パネル部３５０は、本カメラ装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けたものであり、ＣＰＵ３２１は、この操作パネル部３５０からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
【００２９】
このようなカメラ装置に、本発明を適用することにより、装置の起動時や急激な負荷変動時などに適正な電流供給を行い、起動動作の高速化や負荷変動の抑制を図ることができる高品位の撮像装置を提供できる。なお、以上の構成において、システムの構成要素となる単位デバイスや単位モジュールの組み合わせ方、セットの規模等については、製品化の実情等に基づいて適宜選択することが可能であり、本発明の撮像装置は、種々の変形を幅広く含むものとする。
【００３０】
また、本発明の固体撮像装置及び撮像装置において、撮像対象（被写体）としては、人や景色等の一般的な映像に限らず、偽札検出器や指紋検出器等の特殊な微細画像パターンの撮像にも適用できるものである。この場合の装置構成としては、図１８に示した一般的なカメラ装置ではなく、さらに特殊な撮像光学系やパターン解析を含む信号処理系を含むことになり、この場合にも本発明の作用効果を十分発揮して、精密な画像検出を実現することが可能となる。
さらに、遠隔医療や防犯監視、個人認証等のように遠隔システムを構成する場合には、上述のようにネットワークと接続した通信モジュールを含む装置構成とすることも可能であり、幅広い応用が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態による固体撮像装置のチャージポンプ回路の第１の実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示すチャージポンプ回路に利用するＶＣＯの入出力特性を例示する説明図である。
【図３】図１に示すチャージポンプ回路の起動時の動作を示す説明図である。
【図４】図１に示すチャージポンプ回路の過負荷時の動作を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態による固体撮像装置のチャージポンプ回路の第２の実施例を示す回路図である。
【図６】図５に示すチャージポンプ回路に利用するＶＣＯの入出力特性を例示する説明図である。
【図７】図５に示すチャージポンプ回路の起動時の動作を示す説明図である。
【図８】図５に示すチャージポンプ回路の過負荷時の動作を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態による固体撮像装置のチャージポンプ回路の第３の実施例を示す回路図である。
【図１０】従来のＭＯＳ型固体撮像装置の構成例を示す回路図である。
【図１１】図１０に示す固体撮像装置のシャッタ動作を示す説明図である。
【図１２】従来の昇圧型チャージポンプ回路の構成例を示す回路図である。
【図１３】従来の反転型チャージポンプ回路の構成例を示す回路図である。
【図１４】図１０に示す垂直読出し線から転送トランジスタに加えられる転送ゲート駆動パルスを示す説明図である。
【図１５】図１３に示すチャージポンプ回路のリセット時の容量負荷変動を示す説明図である。
【図１６】図１３に示すチャージポンプ回路の起動時の動作を示す説明図である。
【図１７】図１３に示すチャージポンプ回路の過負荷時の動作を示す説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態による固体撮像装置を用いたカメラ装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０１、１１１……選択回路、１０２……電圧制御発振機（ＶＣＯ）、１０３……比較器、２０２……アンプ、２０３……基準電圧源、２０４……インバータ、ＳＷ１〜ＳＷ４……スイッチ、Ｒ１、Ｒ２……分圧抵抗、ＣＰ……ポンプ用コンデンサ、ＣＯＵＴ……出力用コンデンサ、１１３……ＡＤ変換器、１２０……ＰＬＬ。
【図１】
2008136047.tif 000003
【図２】
2008136047.tif 000004
【図３】
2008136047.tif 000005
【図４】
2008136047.tif 000006
【図５】
2008136047.tif 000007
【図６】
2008136047.tif 000008
【図７】
2008136047.tif 000009
【図８】
2008136047.tif 000010
【図９】
2008136047.tif 000011
【図１０】
2008136047.tif 000012
【図１１】
2008136047.tif 000013
【図１２】
2008136047.tif 000014
【図１３】
2008136047.tif 000015
【図１４】
2008136047.tif 000016
【図１５】
2008136047.tif 000017
【図１６】
2008136047.tif 000018
【図１７】
2008136047.tif 000019
【図１８】
2008136047.tif 000020