(57)【要約】【課題】増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を常に高い電流値に固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減する。【解決手段】撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素３１を備える。各画素３１は、被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を生成し蓄積するフォトダイオードＰＤと、読み出し動作によって前記信号電荷に応じた画素信号を信号線３４に出力する増幅トランジスタＡＭＰとを有する。撮像装置は、更に、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時において増幅トランジスタＡＭＰと共にソースフォロワ回路を形成する定電流源３５と、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時における定電流源３５の出力電流値を、供給される制御信号φＡ，φＢに応じて可変に制御する電流制御部３６と、を更に備える。【選択図】図２
2009171027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部と、読み出し動作によって前記信号電荷に応じた画素信号を信号線に出力する増幅部とを有する画素を複数備え、前記複数の画素が２次元状に配置された撮像装置であって、
前記増幅部と共にソースフォロワ回路を形成する定電流源と、
前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値を、供給される制御信号に応じて可変に制御する電流制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部を備え、
前記制御部は、所定の動作モード時と他の所定の動作モード時とでは、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が互いに異なるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部と、前記被写体を測光する測光部とを備え、
前記制御部は、所定の動作モード時に、前記測光部の測光結果に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部を備え、
前記制御部は、所定の動作モード時に、前記画素信号に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有し、前記増幅部は、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を前記画素信号として出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや電子スチルカメラなどでは、ＣＣＤ型や増幅型の固体撮像装置が使用されている。このような固体撮像装置では、光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されており、各画素の光電変換部にて信号電荷を生成する。
【０００３】
増幅型固体撮像装置では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷に応じた信号を、画素に設けられた増幅部によって画素から出力する（下記特許文献１，２）。そして、増幅型固体撮像装置では、前記増幅部の読み出し動作時において前記増幅部と共にソースフォロワ回路を形成する定電流源が設けられ、このソースフォロワ動作によって画素信号が信号線に出力されるようになっている（下記特許文献１，２）。
【０００４】
従来、このような増幅型固体撮像装置では、定電流源の出力電流値は、増幅部の読み出し動作時において常に同じ値に固定されていた。なお、特許文献２に開示された増幅型固体撮像装置では、増幅部をなすトランジスタの読み出し動作時以外に定電流源に流れる電流を制限する電流制限手段が設けられているが、この電流制限手段は、単に当該トランジスタの読み出し動作時以外において定電流源の電流を制限するにすぎず、特許文献２は、増幅部の読み出し動作時において定電流源の出力電流値を可変にすることを開示も示唆もしていない。
【特許文献１】特開平１１−１９６３３１号公報
【特許文献２】特開平８−１８８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述したような増幅型固体撮像装置では、画素信号が出力される信号線には寄生容量等が存在しているため、信号線上の信号が変化しようとしても瞬時に変化することはできずに、信号線の時定数に応じてある程度緩慢に変化することになり、信号線上の信号が安定するまでにある程度時間を要する。ここでは、信号線上の信号が安定するのに要する時間を静定時間と呼ぶ。静定時間が短いほど、画素信号を高速に読み出すことができる。一方、静定時間は、定電流源からの出力電流によって信号線の寄生容量等が充電される時間によって決まるため、定電流源の出力電流値が高いほど、静定時間を短縮することができる。よって、定電流源の出力電流値を高い値に設定することで、画素信号を高速に読み出すことができる。
【０００６】
しかしながら、前記従来の増幅型固体撮像装置では、定電流源の出力電流値は、増幅部の読み出し動作時において常に同じ値に固定されていたので、画素信号を高速に読み出すべく増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を高い値に設定すると、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値は、常に高い電流値となってしまい、これにより、消費電力が増大してしまう。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を常に高い電流値に固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減することができる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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による撮像装置は、被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部と、読み出し動作によって前記信号電荷に応じた画素信号を信号線に出力する増幅部とを有する画素を複数備え、前記複数の画素が２次元状に配置された撮像装置であって、前記増幅部と共にソースフォロワ回路を形成する定電流源と、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値を、供給される制御信号に応じて可変に制御する電流制御部と、を備えたものである。
【０００９】
本発明の第２の態様による撮像装置は、前記第１の態様において、前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部を備え、前記制御部は、所定の動作モード時と他の所定の動作モード時とでは、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が互いに異なるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給するものである。
【００１０】
本発明の第３の態様による撮像装置は、前記第１の態様において、前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部と、前記被写体を測光する測光部とを備え、前記制御部は、所定の動作モード時に、前記測光部の測光結果に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給するものである。
【００１１】
本発明の第４の態様による撮像装置は、前記第１の態様において、前記電流制御部に前記制御信号を供給する制御部を備え、前記制御部は、所定の動作モード時に、前記画素信号に基づいて、前記入射光の光量が小さい場合は前記入射光の光量が大きい場合に比べて、前記増幅部の読み出し動作時における前記定電流源の出力電流値が小さくなるように、前記電流制御部に前記制御信号を供給するものである。
【００１２】
本発明の第５の態様による撮像装置は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記複数の画素の各々は、当該画素の前記光電変換部からの前記信号電荷を受け取って当該信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、前記電荷電圧変換部の電位をリセットするリセット部、及び、当該画素を選択する選択部を有し、前記増幅部は、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を前記画素信号として出力するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を動作モードや状況に応じて最適化等することが可能となるので、増幅部の読み出し動作時における定電流源の出力電流値を常に高い電流値に固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態による撮像装置としての電子カメラ１０を示す概略ブロック図である。
【００１６】
図１において、電子カメラ１０には、撮影レンズ１２が装着される。この撮影レンズ１２の像空間には、イメージセンサ１１の撮像面が配置される。イメージセンサ１１の撮像シーケンスは、タイミングジェネレータ１４が生成する制御パルス群によってタイミング制御される。これらの制御パルス群は、ドライブ回路１００を介して、イメージセンサ１１に供給される。
【００１７】
この撮像シーケンスによってイメージセンサ１１から読み出される画像データは、信号処理部１５（感度設定部を含む）及びＡ／Ｄ変換部１６を経由して、メモリ１７に一時格納される。
【００１８】
このメモリ１７は、バス１８に接続される。このバス１８には、マイクロプロセッサ１９、記録部２２、画像圧縮部２４、モニタ表示部３０、及び画像処理部２５なども接続される。このマイクロプロセッサ１９には、タイミングジェネレータ１４、レリーズ釦などの操作部１９ａ、測光部１９ｂ、撮像感度入力部１９ｃが接続される。また、前記記録部２２には、記録媒体２２ａが着脱自在に装着される。
【００１９】
なお、マイクロプロセッサ１９は、タイミングジェネレータ１４、イメージセンサ１１を制御することで、本撮影前にプレビュー画像（スルー画像など）を生成することも可能である。
【００２０】
図２は、図１中のイメージセンサ１１を示す回路図である。このイメージセンサ１１は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として構成されている。
【００２１】
図２に示すように、このイメージセンサ１１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、２次元状に配置された複数の単位画素３１（図２では、２×２個の画素３１のみを示す。）と、垂直走査回路（垂直走査部）３２と、水平走査回路（水平走査部）３３と、画素３１の各列に対応して設けられ対応する列の画素３１の出力信号が供給される垂直信号線３４と、各垂直信号線３４に接続された定電流源３５とを有している。また、このイメージセンサ１１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子とは異なり、電流制御部３６を有し、電流制御部３６によって定電流源３５の出力電流値が可変に制御されるようになっている。この点については、後に図３を参照して詳述する。なお、画素３１の数が限定されるものではないことは、言うまでもない。
【００２２】
各画素３１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、読み出し動作によってフローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号（したがって、前記信号電荷に応じた信号）を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、当該画素３１を選択するための選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有し、図２に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素３１のトランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図２において、Ｖｄｄは電源電圧である。
【００２３】
転送トランジスタＴＸのゲートは、行毎に、垂直走査回路３２からの転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸを転送トランジスタＴＸに供給する制御線に、接続されている。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、垂直走査回路３２からのリセットトランジスタＲＥＳを制御する制御信号φＲＥＳをリセットトランジスタＲＥＳに供給する制御線に、接続されている。選択トランジスタＳＥＬのゲートは、行毎に、垂直走査回路３２からの選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬを選択トランジスタＳＥＬに供給する制御線に、接続されている。
【００２４】
フォトダイオードＰＤは、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタＴＸは、転送パルス（制御信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。リセットトランジスタＲＥＳは、リセットパルス（制御信号）φＲＥＳのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤをリセットする。
【００２５】
増幅トランジスタＡＭＰは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが選択トランジスタＳＥＬのドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時に選択トランジスタＳＥＬがオンされたときに、定電流源３５を負荷とするソースフォロア回路を構成する。各定電流源３５の一端は各垂直信号線３４に接続され、各定電流源３５の他端は接地されている。これにより、定電流源３５は、垂直信号線３４に対応する画素３１の選択トランジスタＳＥＬがオンされたときに、当該垂直信号線３４に電流を流す。この電流は、当該画素３１の増幅トランジスタＡＭＰのソースフォロアバイアス電流である。増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線３４に読み出し電流を出力する。選択トランジスタＳＥＬは、選択パルス（画素制御信号）φＳＥＬのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタＡＭＰのソースを垂直信号線３４に接続する。
【００２６】
垂直走査回路３２は、ドライブ回路１００からの制御パルス（図示せず）を受けて、画素３１の行毎に、選択パルスφＳＥＬ、リセットパルスφＲＥＳ及び転送パルスφＴＸをそれぞれ出力する。また、水平走査回路３３は、ドライブ回路１００からの制御パルス（図示せず）を受けて、列毎に水平走査信号φＨを出力する。
【００２７】
また、このイメージセンサ１１は、各垂直信号線３４の信号に応じた信号をサンプリング制御信号φＴＶＮ，φＴＶＳに従ってサンプリングして保持するとともに、当該保持された信号を水平走査信号φＨに従って水平信号線３８Ｎ，３８Ｓへ供給するサンプルホールド部３７を、備えている。本実施の形態では、サンプルホールド部３７は、各垂直信号線３４に対応して設けられた光信号用蓄積容量ＣＳ及び暗信号用蓄積容量ＣＮと、画素３１で光電変換された光情報を含む光信号を光信号用サンプリング制御信号φＴＶＳに従って光信号用蓄積容量ＣＳに蓄積させる光信号用サンプリングスイッチＴＶＳと、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号してのいわゆる暗信号を暗信号用サンプリング制御信号φＴＶＮに従って暗信号用蓄積容量ＣＮに蓄積させる暗信号用サンプリングスイッチＴＶＮと、光信号用蓄積容量ＣＳに蓄積された光信号を水平走査信号φＨに従って光信号用水平信号線３８Ｓに供給する光信号用水平転送スイッチＴＨＳと、暗信号用蓄積容量ＣＮに蓄積された暗信号を水平走査信号φＨに従って暗信号用水平信号線３８Ｎに供給する暗信号用水平転送スイッチＴＨＮとを有している。なお、実際には、水平信号線３８Ｎ，３８Ｓをそれぞれ所定タイミングで所定の電位にリセットするための各トランジスタが設けられるが、それらのトランジスタの図示は省略している。水平信号線３８Ｎ，３８Ｓには、出力アンプＡＰＮ，ＡＰＳがそれぞれ接続されている。本実施の形態では、スイッチＴＶＳ，ＴＶＮ，ＴＨＳ，ＴＨＮは、全てｎＭＯＳトランジスタである。
【００２８】
各光信号用サンプリングスイッチＴＶＳのゲートは共通に接続され、そこにはドライブ回路１００から光信号用サンプリング制御信号φＴＶＳが供給される。光信号用サンプリング制御信号φＴＶＳに応じて光信号用サンプリングスイッチＴＶＳがオンすると、垂直信号線３４の光信号が、対応する光信号用蓄積容量ＣＳに蓄積される。各暗信号用サンプリングスイッチＴＶＮのゲートは共通に接続され、そこにはドライブ回路１００から暗信号用サンプリング制御信号φＴＶＮが供給される。暗信号用サンプリング制御信号φＴＶＮに応じて暗信号用サンプリングスイッチＴＶＮがオンすると、垂直信号線３４の暗信号が、対応する暗信号用蓄積容量ＣＮに蓄積される。
【００２９】
各列毎に、光信号用水平転送スイッチＴＨＳ及び暗信号用水平転送スイッチＴＨＮのゲートが共通に接続され、そこには水平走査回路３３から対応する列の水平走査信号φＨが供給される。各列の水平走査信号φＨに応じて、各列の水平転送スイッチＴＨＳ，ＴＨＮがオンすると、対応する列の光信号用蓄積容量ＣＳ及び暗信号用蓄積容量ＣＮにそれぞれ蓄積されていた光信号及び暗信号が、光信号用水平信号線３８Ｓ及び暗信号用水平信号線３８Ｎにそれぞれ出力され、それぞれ出力アンプＡＰＳ，ＡＰＮを介して、図１中の信号処理部１５へ出力される。
【００３０】
図面には示していないが、信号処理部１５は、出力アンプＡＰＳ，ＡＰＮの出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。これにより相関２重サンプリングが実現され、信号処理部１５から、画像信号として、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。
【００３１】
図３は、図１中の定電流源３５及び電流制御部３６の具体例を示す回路図である。本例では、定電流源３５は、ＭＯＳＦＥＴ４１で構成され、垂直信号線３４及び電流制御部３６に対して図示のように接続されている。電流制御部３６は、カレントミラー回路を利用して構成され、基準電流源５１及びＭＯＳＦＥＴ５２〜５８を備え、これらが図示のように接続された構成となっている。今、基準電流源５１が生成する電流の値をＩ０とし、ＭＯＳＦＥＴ５８に流れる電流の値をＩ１とする。図１中のドライブ回路１００から供給される制御信号φＡ，φＢによって、ＭＯＳＦＥＴ５４，５６が両方ともオフしている場合、Ｉ１＝Ｉ０≡Ｉｍｉｎとなり、関連する垂直信号線３４に接続された画素３１の選択スイッチＳＥＬがオンして当該画素３１の増幅トランジスタＡＭＰが当該垂直信号線３４に接続された状態において、当該垂直信号線３４に流れる電流の値（定電流源３５の出力電流値）Ｉは、Ｉｍｉｎ＝Ｉ０となる。
【００３２】
制御信号φＡ，φＢによってＭＯＳＦＥＴ５４，５６の一方がオンし他方がオフしている場合、Ｉ１＝２×Ｉ０≡Ｉｍｉｄとなり、関連する垂直信号線３４に接続された画素３１の選択スイッチＳＥＬがオンして当該画素３１の増幅トランジスタＡＭＰが当該垂直信号線３４に接続された状態において、当該垂直信号線３４に流れる電流の値（定電流源３５の出力電流値）Ｉは、Ｉｍｉｄ＝２×Ｉ０となる。
【００３３】
制御信号φＡ，φＢによってＭＯＳＦＥＴ５４，５６の両方がオンしている場合、Ｉ１＝３×Ｉ０≡Ｉｍａｘとなり、関連する垂直信号線３４に接続された画素３１の選択スイッチＳＥＬがオンして当該画素３１の増幅トランジスタＡＭＰが当該垂直信号線３４に接続された状態において、当該垂直信号線３４に流れる電流の値（定電流源３５の出力電流値）Ｉは、Ｉｍａｘ＝３×Ｉ０となる。
【００３４】
このように、本例では、電流制御部３６は、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時における定電流源３５の出力電流値を、ドライブ回路１００から供給される制御信号φＡ，φＢに応じて、Ｉｍｉｎ、Ｉｍｉｄ及びＩｍａｘの３段階に可変に制御するように構成されている。もっとも、定電流源３５の出力電流値の可変の段階数は、３段階に限定されるものではなく、２段階以上であればよい。なお、本実施の形態では、ドライブ回路１００は、電流制御部３６に制御信号φＡ，φＢを供給する制御部となっている。
【００３５】
図４乃至図６は、本実施の形態による電子カメラ１０（特に、イメージセンサ１１）の読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。図４はＩ＝Ｉｍｉｎの場合、図５はＩ＝Ｉｍｉｄの場合、図６はＩ＝Ｉｍａｘの場合をそれぞれ示している。定電流源３５の出力電流値Ｉが異なる図４乃至図６の各場合において互いに異なる所は、垂直信号線３４の電位の変化の様子と、水平ブランキング期間Ｔ２，Ｔ４，・・・の長さ及びパルスφＴＶＳの幅Ｔ１３のみであり、いずれの場合も基本的な動作は同じである。各場合の相違点については、後に図７を参照して説明することとし、まず、基本的な動作について、図４乃至図６を参照して説明する。
【００３６】
本実施の形態では、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素３１のフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、１行ずつ順次選択され、各１行について順次同じ動作が行われていく。図４乃至図６は、主として、ｎ行目の画素３１が選択され、引き続いてｎ＋１行目の画素３１が選択された場合の動作を示している。
【００３７】
期間Ｔ１は、ｎ−１行目の画素３１の出力の水平走査期間であり、後述する期間Ｔ３に対応している。期間Ｔ１後の期間Ｔ２は、ｎ行目の画素３１の出力の水平ブランキング期間である。
【００３８】
期間Ｔ２において、垂直走査回路３２によりｎ行目の画素３１が選択され、ｎ行目のリセットパルスφＲＥＳ（ｎ）がローレベルに変化し、ｎ行目のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ２において、ｎ行目の選択パルスφＳＥＬ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の選択トランジスタＳＥＬがオンする。ｎ行目の選択トランジスタＳＥＬのオンにより、ｎ行目の増幅トランジスタＡＭＰのソースは垂直信号線３４に接続される。そして、ｎ行目の増幅トランジスタＡＭＰは、定電流源３５によってソースフォロア回路として動作する。
【００３９】
期間Ｔ２が開始した後、期間Ｔ１２が開始するまでの期間においては、ｎ行目の選択トランジスタＳＥＬがオンし、同時にｎ行目のリセットトランジスタＲＥＳがオフすることで、ｎ行目の画素３１の増幅トランジスタＡＭＰのゲート電圧が、フローティング状態となり、ｎ行目の画素３１のリセットレベルが垂直信号線３４に現れる。このとき、期間Ｔ２が開始した後の期間Ｔ１１において、暗信号用サンプリングパルス（制御信号）φＴＶＮがハイレベルに変化し、暗信号用サンプリングスイッチＴＶＮがオンする。これにより、ｎ行目の画素３１の暗信号が、暗信号用蓄積容量ＣＮに蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素３１に対して同時並列に実行される。
【００４０】
次に、期間Ｔ２中の期間Ｔ１２において、ｎ行目の転送パルスφＴＸ（ｎ）がハイレベルに変化し、ｎ行目の転送トランジスタＴＸがオンする。ｎ行目の転送トランジスタＴＸのオンにより、ｎ行目の画素３１のフォトダイオードＰＤで光電変換され蓄積されていた信号電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に印加される。その結果、ｎ行目の画素３１の光情報を含んだレベルが、垂直信号線３４に現れる。このとき、期間Ｔ１２の後の期間Ｔ１３において、光信号用サンプリングパルス（制御信号）φＴＶＳがハイレベルに変化し、光信号用サンプリングスイッチＴＶＳがオンする。これにより、ｎ行目の画素３１の光信号が、光信号用蓄積容量ＣＳに蓄積される。この動作は、ｎ行目の各列の画素３１に対して同時並列に実行される。
【００４１】
このようにして、期間Ｔ２において、ｎ行目の画素３１の出力信号のサンプリングが行われ、各列毎に、暗信号用蓄積容量ＣＮにはｎ行目の画素３１の暗信号が蓄積され、光信号用蓄積容量ＣＳにはｎ行目の画素３１の光信号が蓄積される。
【００４２】
期間Ｔ２後の期間Ｔ３は、ｎ行目の画素３１の出力の水平走査期間である。期間Ｔ３において、水平走査回路３３からの水平走査信号φＨによる水平走査によって暗信号用水平転送スイッチＴＨＮ及び光信号用水平転送スイッチＴＨＳが各垂直信号線３４に対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量ＣＮ，ＣＳにそれぞれ蓄積されていた暗信号及び光信号が各垂直信号線３４に対応するもの毎に順次暗信号用水平信号線３８Ｎ及び光信号用水平信号線３８Ｓにそれぞれ読み出され、出力アンプＡＰＮ，ＡＰＳをそれぞれ介して信号処理部１５へ出力される。信号処理部１５は、出力アンプＡＰＳ，ＡＰＮの出力間の差分を、差動アンプ等によって得る。これにより、信号処理部１５から、画像信号として、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。
【００４３】
次に、期間Ｔ４，Ｔ５において、ｎ行目に関して期間Ｔ２，Ｔ３で行われたのと同様の動作が、ｎ＋１行目について行われ、それ以降においても同様の動作を繰り返す。
【００４４】
図４乃至図６には垂直信号線３４の電位の変化もそれぞれ示しているが、それらの比較が容易となるように、図７には、図４乃至図６中の期間Ｔ１，Ｔ２における垂直信号線３４の電位、パルスφＳＥＬ（ｎ），φＲＥＳ（ｎ），φＴＸ（ｎ）を併せて示している。なお、図４乃至図６に示すように期間Ｔ２の長さはそれぞれ異なっているが、図７では、期間Ｔ２は図４の場合（Ｉ＝Ｉｍｉｎの場合）であるものとして記載している。また、図４乃至図７では、入射光の光量が互いに同じで比較的大きい（したがって、信号レベル（光信号レベル）とリセットレベル（暗信号レベル）との差が互いに同じで比較的大きい）ものとして示している。
【００４５】
画素信号が出力される垂直信号線３４には寄生容量等が存在しているため、垂直信号線３４上の信号が変化しようとしても瞬時に変化することはできず、図４乃至図７に示すように、垂直信号線３４の時定数に応じてある程度緩慢に変化し、垂直信号線３４の信号がリセットレベルから信号レベルに安定するまでにある程度の静定時間（安定化時間）を要する。この静定時間は、定電流源３５の出力電流値Ｉが高いほど短縮することができ、図４乃至図７に示すように、定電流源３５の出力電流値ＩがＩｍｉｎである場合が１番長く、出力電流値ＩがＩｍｉｄである場合が２番目に長く、出力電流値ＩがＩｍｉｄである場合が１番短くなる。したがって、出力電流値Ｉが大きいほど、サンプリング制御信号φＴＶＳの幅Ｔ１３を短縮して水平ブランキング期間Ｔ２を短縮しても、静定した信号レベルを適切にサンプリングすることができる。そこで、図４乃至図７に示す例では、出力電流値Ｉが大きいほど、サンプリング制御信号φＴＶＳの幅Ｔ１３を短縮して水平ブランキング期間Ｔ２を短縮している。本実施の形態では、タイミングジェネレータ１４及びドライブ回路１００によって、電流制御部３６に供給される制御信号φＡ，φＢによりＩ＝Ｉｍｉｎとされる場合は図４に示すようにφＴＶＳの幅及び期間Ｔ１が比較的長く設定され、Ｉ＝Ｉｍｉｄとされる場合は図５に示すようにφＴＶＳの幅及び期間Ｔ１が中程度に設定され、Ｉ＝Ｉｍａｘとされる場合は図６に示すようにφＴＶＳの幅及び期間Ｔ１が比較的短く設定さるようになっている。そして、水平ブランキング期間Ｔ２が短縮すると画素信号の読み出しが高速になるので、出力電流値Ｉが大きいほど、画素信号を高速に読み出すことができる。
【００４６】
従来技術と同様に電流制御部３６を除去するとともに定電流源３５を常に同じ値の電流を固定的に出力するように、本実施の形態を変形しても、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時に定電流源３５の出力電流値Ｉが常にＩｍａｘとなるように構成しておけば、図７の場合と同様に、画素信号を高速に読み出すことができる。しかし、この場合には、画素信号をさほど高速に読み出す必要がない場合などにおいても、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時の定電流源３５の出力電流値Ｉが常にＩｍａｘとなるので、消費電流が増大してしまう。
【００４７】
これに対し、本実施の形態によれば、ドライブ回路１００から供給される制御信号φＡ，φＢに応じて、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時における定電流源３５の出力電流値ＩをＩｍｉｎ、Ｉｍｉｄ及びＩｍａｘの３段階に可変に制御することができるので、その出力電流値Ｉを動作モードや状況に応じて最適化等することが可能となる。したがって、本実施の形態によれば、出力電流値Ｉを常に高いＩｍａｘに固定してしまう場合に比べて、消費電力を低減することができる。
【００４８】
本実施の形態では、例えば、非常に動きの速い被写体を動画として撮像する高速動画撮影モードの場合は図６に示す動作が実現され、さほど動きの速くない被写体を動画として撮像する低速動画撮影モードの場合は図５に示す動作が実現され、静止画撮影モードの場合は図４に示す動作が実現されるようにしてもよい。これは、操作部１９ａによる撮影モードの設定操作を受けたマイクロプロセッサ１９が、タイミングジェネレータ１４及びドライブ回路１００を制御することによって、実現することができる。この場合、高速読み出しによる高速動画撮影が実現されつつ、低速動画撮影モードや静止画撮影モードにおいて消費電力が低減される。
【００４９】
また、本実施の形態では、例えば、少なくとも所定の動作モード時に、イメージセンサ１１に対する入射光量に応じて、当該入射光量が小さい場合は当該入射光量が大きい場合に比べて、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時の定電流源３５の出力電流値Ｉが小さくなるように、マイクロプロセッサ１９の制御下においてタイミングジェネレータ１４及びドライブ回路１００によって電流制御部３６に制御信号φＡ，φＢを供給してもよい。具体的には、例えば、マイクロプロセッサ１９の制御下におけるタイミングジェネレータ１４及びドライブ回路１００の動作によって、イメージセンサ１１に対する入射光量が小さい場合は前記図４に示す動作が実現され、当該入射光量が中程度の場合は前記図５に示す動作が実現され、当該入射光量が大きい場合は前記図６に示す動作が実現されるようにしてもよい。このとき、マイクロプロセッサ１９は、イメージセンサ１１の入射光の光量の大きさを、測光部１９による測光結果に基づいて判断してもよいし、あるいは、予め撮像して得た画像信号に基づいて判断してもよい。なお、Ｉ＝Ｉｍｉｄとする場合及びＩ＝Ｉｍａｘとする場合であっても、高速読み出しが必要なければ、水平ブランキング期間Ｔ２，Ｔ４，・・・の長さやパルスφＴＶＳの幅Ｔ１３を、Ｉ＝Ｉｍｉｎの場合の図４と同じにしてもよい。
【００５０】
増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時の定電流源３５の出力電流値Ｉが同じであるとすれば、イメージセンサ１１に対する入射光（すなわち、画素３１に対する入射光）の光量が小さければ、リセットレベルと信号レベルとの差が小さいため、静定時間は短くなる一方、当該入射光の光量が大きければ、リセットレベルと信号レベルとの差が大きいため、静定時間は長くなる。よって、静定した信号レベルを適切にサンプリングするためには、前記入射光の光量が大きければ、増幅トランジスタＡＭＰの読み出し動作時の定電流源３５の出力電流値Ｉを大きくして静定時間を短くする必要があるが、前記入射光の光量が小さければ、前記出力電流値Ｉを大きくしなくても静定時間はさほど長くならないため、前記出力電流値Ｉを大きくする必要はない。
【００５１】
したがって、前述したように、イメージセンサ１１に対する入射光量が小さい場合にＩ＝Ｉｍｉｎとし、当該入射光量が中程度の場合にＩ＝ｍｉｄとし、当該入射光量が大きい場合にＩ＝Ｉｍａｘとすれば、イメージセンサ１１に対する入射光量に拘わらずにＩ＝Ｉｍａｘとする場合に比べて、消費電力を低減することができる。
【００５２】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態による電子カメラを示す概略ブロック図である。
【図２】図１中のイメージセンサを示す回路図である。
【図３】図１中の定電流源及び電流制御部の具体例を示す回路図である。
【図４】定電流源の出力電流が小さい場合における、図１に示す電子カメラの読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】定電流源の出力電流が中程度である場合における、図１に示す電子カメラの読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】定電流源の出力電流が大きい場合における、図１に示す電子カメラの読み出し動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】図４乃至図６中の期間Ｔ１，Ｔ２における垂直信号線の電位、パルスφＳＥＬ（ｎ），φＲＥＳ（ｎ），φＴＸを併せて示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  電子カメラ
１１  イメージセンサ
３１  画素
３２  垂直走査回路
３３  水平走査回路
３４  垂直信号線
３５  定電流源
３６  電流制御部
ＡＭＰ  増幅トランジスタ
【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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【図７】
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