特開 2024-177822 撮像装置、撮像方法、及びコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024177822

(43)【公開日】2024-12-24

(54)【発明の名称】撮像装置、撮像方法、及びコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/532 20230101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

H04N25/532

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096169

(22)【出願日】2023-06-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(72)【発明者】

【氏名】岩原 知永

【テーマコード（参考）】

5C024

【Ｆターム（参考）】

5C024CY42

5C024GX02

(57)【要約】

【課題】
電荷を一括転送する際の消費電力を抑制することのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】
撮像装置において、光電変換部を備える複数の画素と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部における前記電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部と、前記ソースフォロワ部で生成された前記電圧を保持するための電圧保持部と、複数の前記画素で発生した前記電荷を一括して前記電荷蓄積部に転送して、前記電荷対応した前記電圧を前記ソースフォロワ部で生成して前記電圧保持部に保持させる際に、前記電荷蓄積部における電荷量に応じて前記ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御する電流量制御部と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光電変換部を備える複数の画素と、
前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部における前記電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部と、
前記ソースフォロワ部で生成された前記電圧を保持するための電圧保持部と、
複数の前記画素で発生した前記電荷を一括して前記電荷蓄積部に転送して、前記電荷対応した前記電圧を前記ソースフォロワ部で生成して前記電圧保持部に保持させる際に、前記電荷蓄積部における電荷量に応じて前記ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御する電流量制御部と、を有することを特徴とする撮像装置。

【請求項2】

前記電流量制御部を複数の画素で共有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項3】

前記ソースフォロワ部を複数の画素で共有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項4】

前記画素は前面に夫々カラーフィルタを備え、前記カラーフィルタは赤、緑、青、非可視光の少なくとも１つの波長帯域の光を透過することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項5】

前記電流量制御部は、異なる色のカラーフィルタを備える画素に対して前記電流量を異ならせることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。

【請求項6】

前記複数の画素において生成される電荷に応じた信号を増幅する増幅手段を備え、
前記電流量制御部は、前記増幅手段の増幅率に応じて前記電流量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項7】

前記電流量制御部は、前記電圧保持部から出力された出力信号のレベルに応じて前記電流量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項8】

前記画素は夫々複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部の電荷を別々に読出す場合と、加算して読出す場合とで、前記電流量制御部は前記電流量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項9】

複数の前記画素の信号を間引いて読み出しを行う第１の読み出しモードと、
複数の前記画素の信号を間引かずに読み出しを行う第２の読み出しモードと、
を備え、
前記電流量制御部は、前記第１の読み出しモードと前記第２の読み出しモードとで前記電流量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

【請求項10】

光電変換部を備える複数の画素と、
前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部における前記電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部と、
前記ソースフォロワ部で生成された前記電圧を保持するための電圧保持部と、を有する撮像装置を制御する撮像方法であって、
複数の前記画素で発生した電荷を一括して前記電荷蓄積部に転送して、前記電荷に対応した前記電圧を前記ソースフォロワ部で生成して前記電圧保持部に保持させる際に、前記電荷蓄積部における電荷量に応じて前記ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御することを特徴とする撮像方法。

【請求項11】

請求項１～９のいずれか１項に記載の撮像装置の各部をコンピュータにより制御するためのコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置、撮像方法、及びコンピュータプログラム等に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えばＣＭＯＳイメージセンサにおいて、複数の画素間で信号電荷の蓄積期間（露光期間）を一致させるいわゆるグローバル電子シャッターが提案されている。グローバル電子シャッターは画素毎の信号を保持する保持部を有し、全画素同時に蓄積を開始し、蓄積終了に伴って電荷を同時に保持部へと転送する。

【0003】

特許文献１に記載された撮像装置は、光電変換及び電荷電圧変換を行って電圧を出力する複数の画素と、それらの画素夫々が出力した電圧を保持する複数の電圧保持容量を用いることでグローバル電子シャッター動作を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１０８０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の撮像装置では、光電変換部から電圧保持容量に信号を一括転送する際に、全画素のソースフォロワ電流源が同時に動作するためピーク消費電力が大きくなってしまうという課題がある。

【0006】

そこで、本発明の目的の１つは、電荷を一括転送する際の消費電力を抑制することのできる撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの側面の撮像装置は、
光電変換部を備える複数の画素と、
前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部における前記電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部と、
前記ソースフォロワ部で生成された前記電圧を保持するための電圧保持部と、
複数の前記画素で発生した前記電荷を一括して前記電荷蓄積部に転送して、前記電荷対応した前記電圧を前記ソースフォロワ部で生成して前記電圧保持部に保持させる際に、前記電荷蓄積部における電荷量に応じて前記ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御する電流量制御部と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、電荷を一括転送する際の消費電力を抑制することのできる撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態１に係る撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る撮像素子のＰＤ基板２１の受光面の構成例を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態１に係る撮像素子のＰＤ基板２１の非受光面の構成例を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る撮像素子の積層基板２２の構成例を示すブロック図である。

【図5】撮像素子の画素及び読み出し回路の構成例を示す等価回路図である。

【図6】本発明の実施形態１に係る撮像素子の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。

【図7】実施形態１に係る撮像装置を用いた撮像方法の例を説明するフローチャートである。

【図8】本発明の実施形態２に係る撮像素子のＰＤ基板の非受光面の構成例を示すブロック図である。

【図9】本発明の実施形態２に係る撮像装置の動作例を説明する図である。

【図10】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態３に係る撮像素子のＰＤの構成例を示すブロック図である。

【図11】本発明の実施形態４に係る撮像素子のＰＤ基板の非受光面の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、各図において、同一の部材または要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。

【0011】

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る撮像装置の構成を示す機能ブロック図である。尚、図１に示される機能ブロックの一部は、撮像装置に含まれる不図示のコンピュータとしてのＣＰＵ等に、不図示の記憶媒体としてのメモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行させることによって実現されている。

【0012】

しかし、それらの一部又は全部をハードウェアで実現するようにしても構わない。ハードウェアとしては、専用回路（ＡＳＩＣ）やプロセッサ（リコンフィギュラブルプロセッサ、ＤＳＰ）などを用いることができる。

【0013】

又、図１に示される夫々の機能ブロックは、同じ筐体に内蔵されていなくても良く、互いに信号路を介して接続された別々の装置により構成しても良い。尚、以下に説明する実施形態の撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラや車載カメラや監視カメラやスマートフォンなどに適用可能である。

【0014】

図１に示す撮像装置１００は、光学系１、撮像素子２、信号処理部３、圧縮伸張部４、同期制御部５、操作部６、画像表示部７及び画像記録部８を備えている。光学系１は、レンズ、レンズ駆動機構、メカニカルシャッター機構、絞り機構などを備え、被写体の光学像を撮像素子２の受光面に結像する。これらのうちの可動部は、同期制御部５からの制御信号に基づいて駆動される。

【0015】

撮像素子２は、例えばＸＹアドレス方式のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサであり、同期制御部５からの制御信号により撮像動作を行い、撮像信号を生成する。更に、撮像信号は、撮像素子２内に含まれるＡＤ変換回路により、デジタル化され、画像信号として信号処理部３に出力される。

【0016】

信号処理部３は、同期制御部５の制御の下で、撮像素子２から入力されるデジタル化された画像信号に対して、ノイズ補正、ホワイトバランス処理等の画像処理を行う。又、信号処理部３はＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）、ＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）等の制御情報を生成する。

【0017】

信号処理部３において画像処理された画像信号や制御情報は同期制御部５に出力される。又、信号処理部３は、後述の電圧保持部から出力された出力信号をデジタルで増幅する増幅手段を備えており、ＩＳＯ感度設定等に応じた増幅率制御を行う。

【0018】

圧縮伸張部４は、同期制御部５の制御の下で動作し、画像信号の圧縮符号化処理や、伸張復号化処理を実施する。

【0019】

同期制御部５は、例えば、コンピュータとしてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを有する。又、同期制御部５内のＣＰＵは、ＲＯＭなどに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、撮像装置１００の各部を統括的に制御する。

【0020】

操作部６は、例えばシャッタレリーズボタンなどの各種操作部材から構成され、ユーザーによる入力操作に応じた制御信号を同期制御部５に出力する。ユーザーによる入力操作は、例えば静止画や動画などの記録モードの設定、露出制御（絞り、シャッター速度、ＩＳＯ感度）などを含む。

【0021】

画像表示部７は、画像信号をＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示デバイスに供給して画像を表示させる。画像記録部８は、例えば、可搬型の記録媒体を装着可能であり、圧縮符号化された画像データファイルを記憶する。

【0022】

図２は、本発明の実施形態１に係る撮像素子のＰＤ基板２１の受光面の構成例を示すブロック図である。図２において、１０（ｐｑ）は第ｐ行目かつ第ｑ列目に存在するＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を表す。図２では４行×４列の画素の配置例を示しているが、実際には例えば数千万個以上の画素が二次元状に配列されている。ここでＰＤは入射光に応じた電荷を生成する光電変換部として機能している。

【0023】

各画素の前面には夫々カラーフィルタが配置されている。図２の例では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長帯域を透過するカラーフィルタが、いわゆるベイヤー配列で配置されている。尚、カラーフィルタはこれに限られるものではなく、補色を用いたり、例えば一部のＧ（緑）をクリア（透明）に置き換えても良い。

【0024】

或いは、カラーフィルタの一部を、ＩＲ（赤外）などの、非可視光の波長帯域を透過するフィルタとしても良い。即ち、カラーフィルタは赤、緑、青、非可視光の少なくとも１つの波長帯域の光を透過するものであっても良い。

【0025】

図３は、本発明の実施形態１に係る撮像素子のＰＤ基板２１の非受光面の構成例を示すブロック図である。この非受光面は、夫々のＰＤ１０（ｐｑ）に接続された画素回路１１（ｐｑ）が二次元状に配列されている。本実施形態では、夫々のＰＤ１０（ｐｑ）と画素回路１１（ｐｑ）の対を画素と呼ぶ。即ち、各画素は光電変換部としてのＰＤ１０（ｐｑ）と画素回路１１（ｐｑ）を含む。

【0026】

画素回路１１（ｐｑ）の出力となる電圧信号は、画素毎の電気的な接点ＣＯＮＴを介して更に積層基板２２に転送することができる。又、各画素は、積層基板２２の垂直走査回路２０に接続されており、垂直走査回路２０からの制御信号が供給される。

【0027】

制御信号を供給するための信号線ＳＬが各行に対して設けられ、同一行の全ての画素に共通の制御信号が供給されている。以上のＰＤ基板２１は、例えばＮ型シリコン基板とし、ＰＤはＮ型半導体領域とし、光を受光した際に発生する電子正孔対のうち電子を蓄積する。

【0028】

図４は、本発明の実施形態１に係る撮像素子の積層基板２２の構成例を示すブロック図である。積層基板２２にはＰＤ基板２１の夫々の画素回路１１（ｐｑ）に接続された積層回路１２（ｐｑ）が二次元状に配列されている。

【0029】

積層回路１２（ｐｑ）と画素回路１１（ｐｑ）とは各接点ＣＯＮＴで接続されており、画素回路１１（ｐｑ）の出力である電圧信号を、対応する積層回路１２（ｐｑ）に全画素一括で転送し、蓄積することができる。蓄積された画素信号は、積層回路１２（ｐｑ）を走査するための垂直走査回路２０によって行順次で垂直出力線ＶＬ（ｑ０）を介してＡＤ変換回路ＡＤ（ｑ０）に伝達され、ＡＤ変換される。

【0030】

ＡＤ変換されたデジタル信号は、水平走査回路３０によって列順次で水平出力線ＨＬを介して出力部５０に出力される。出力部５０は、公知のパラレルシリアル変換手段（以下Ｐ／Ｓ変換手段）を含み、水平出力線ＨＬに転送されたデジタル撮像信号を順次、ＬＶＤＳ等の高速シリアル伝送フォーマットに変換し、出力する。尚、ＬＶＤＳはＬｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇの略である。

【0031】

タイミング発生回路４０は、垂直走査回路２０、ＡＤ変換回路ＡＤ（ｑ０）、水平走査回路３０を夫々制御するためのパルス信号を発生させる。

【0032】

本実施形態に係る撮像装置１００において、垂直出力線ＶＬ（ｑ０）は各列に１つずつ設けられ、同一列の全ての画素で共有されている。又、ＡＤ変換回路ＡＤ（ｑ０）は各列に１つずつ設けられている。尚、信号読み出し高速化のため、垂直出力線とＡＤ変換回路は各列に２つ以上備えることもできる。

【0033】

ここでＡＤ変換回路ＡＤ（ｑ０）には、垂直出力線ＶＬ（ｑ０）からの画素信号と、時間に比例して信号レベルが変動する参照信号ＲＡＭＰが入力される。そして、画素信号と参照信号ＲＡＭＰを比較し、画素信号と参照信号ＲＡＭＰの信号レベルが一致するまでの時間をカウントすることによりＡＤ変換を行う。

【0034】

図５は、本発明の実施形態１に係る撮像素子の画素及び読み出し回路の構成例を示す等価回路図である。ＰＤ１０（ｐｑ）及び画素回路１１（ｐｑ）において、ＰＤで発生した電荷は転送トランジスタＴＸを介して電荷蓄積部（フローティングディフュージョン、以下ＦＤと称する）に転送される。ＦＤは浮遊容量を有し、光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部として機能している。

【0035】

第１の増幅トランジスタＳＦ１はＦＤと第１の電流源ＣＣＳ１からなるソースフォロワ回路を構成する。ソースフォロワ回路は、ＦＤに蓄積される電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部として機能している。第１のリセットトランジスタＲＥＳ１はＦＤを所定の電圧ＶＤＤでリセットする。第１の選択トランジスタＳＥＬ１は第１の増幅トランジスタＳＦ１のソースに接続されている。

【0036】

転送トランジスタＴＸ、第１のリセットトランジスタＲＥＳ１、第１の選択トランジスタＳＥＬ１は夫々垂直走査回路２０から供給されるパルス信号ＰＴＸ、ＰＲＥＳ１、ＰＳＥＬ１により制御可能であり、ＰＤからの電荷転送やリセットや読み出し動作等の制御が行われる。

【0037】

第１の電流源ＣＣＳ１には電流量制御部１１１が接続されており、各画素の第１の増幅トランジスタＳＦ１に流れる電流量を可変制御する。即ち、後述するように、ＦＤの蓄積電荷量に応じて、ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御する。

【0038】

尚、第１の増幅トランジスタＳＦ１、第１の電流源ＣＣＳ１、電流量制御部１１１からなるソースフォロワ部は、その一部又はソースフォロワ部を複数の画素で共有する構造としても良い。例えば第１の電流源ＣＣＳ１に２つの画素の第１の増幅トランジスタＳＦ１を接続しても良い。それにより各画素に対応する回路領域の縮小や動作回路数（電力）の削減が可能となる。

【0039】

第１の選択トランジスタＳＥＬ１のソースは、接点ＣＯＮＴを介して積層回路１２（ｐｑ）に接続される。積層回路１２（ｐｑ）は、画素回路１１（ｐｑ）からの電圧信号を蓄積する２つの電圧保持容量ＣＮ，ＣＳを備える。ここで、電圧保持容量ＣＮ，ＣＳは、ソースフォロワ部で生成された電圧を保持するための電圧保持部として機能している。

【0040】

電圧保持容量ＣＮは、画素回路１１（ｐｑ）のＦＤのリセット解除直後のノイズ電圧（以下、Ｎ信号と称する）を保持する。一方、電圧保持容量ＣＳは、ＰＤにおいて入射光により生成された信号電荷に対応するＦＤの信号電圧（以下、Ｓ信号と称する）を保持する。尚、電圧保持容量ＣＮ，ＣＳはその容量が大きいほど、リセット動作に伴うｋＴＣノイズを小さくすることができる。

【0041】

切り離しトランジスタＤＸは画素回路１１（ｐｑ）と積層回路１２（ｐｑ）との接続を制御するためのトランジスタである。書き込みトランジスタＭＷＮ，ＭＷＳは、電圧保持容量ＣＮ、ＣＳに夫々電圧信号を書き込むためのトランジスタである。

【0042】

電圧保持容量ＣＮ、ＣＳは、第２の増幅トランジスタＳＦ２のゲートに対して、夫々書き込みトランジスタＭＷＮ，ＭＷＳを介して接続されており、第２の電流源ＣＣＳ２とともにソースフォロワ回路を構成する。

【0043】

第２のリセットトランジスタＲＥＳ２は電圧保持容量ＣＮ、ＣＳを所定の電圧ＶＤＤでリセットする。第２の選択トランジスタＳＥＬ２は第２の増幅トランジスタＳＦ２のソースに接続され、電圧信号を選択的に垂直出力線ＶＬ（ｑ０）に伝達する。

【0044】

切り離しトランジスタＤＸ、書き込みトランジスタＭＷＮ，ＭＷＳ、第２のリセットトランジスタＲＥＳ２、第２の選択トランジスタＳＥＬ２は、夫々垂直走査回路２０から供給されるパルス信号ＰＤＸ、ＰＭＷＮ、ＰＭＷＳ、ＰＲＥＳ２、ＰＳＥＬ２により制御可能である。そして垂直走査回路２０の制御により電圧信号の転送やリセットや読み出し動作等の制御が行われる。

【0045】

図６は、本発明の実施形態１に係る撮像素子の駆動方法の例を示すタイミングチャートである。各パルス信号は夫々のトランジスタのゲートに印可され、Ｈｉ（Ｈｉｇｈ）でトランジスタをＯＮとし，Ｌｏ（Ｌｏｗ）でトランジスタをＯＦＦとする。パルス信号名の括弧は前記ブロック図などにおける行番号に対応する。

【0046】

図６において、時刻ｔ６００から時刻ｔ６０１において、ＰＲＥＳ１、ＰＲＥＳ２、ＰＭＷＳ、ＰＭＷＮをＨｉとしてＦＤと電圧保持容量ＣＳ、ＣＮの電荷をリセットする。

【0047】

時刻ｔ６０２においてＰＳＥＬ１、ＰＤＸ、ＰＭＷＮをＨｉとし、時刻ｔ６０３においてＰＭＷＮをＬｏとすることで、ＦＤのリセット解除後の電圧（Ｎ信号）を、積層回路１２（ｐｑ）の電圧保持容量ＣＮに書き込む。

【0048】

時刻ｔ６０４においてＰＴＸをＨｉとし、時刻ｔ６０５においてＰＴＸをＬｏとすることで、ＰＤに蓄積された電荷をＦＤに転送する。

【0049】

ＰＳＥＬ１、ＰＤＸをＨｉとしたまま、時刻ｔ６０５においてＰＭＷＳをＨｉとし、時刻ｔ６０７おいてＬｏとすることで、ＰＤの信号電荷に応じて変動したＦＤの電圧（Ｓ信号）を電圧保持容量ＣＳに書き込む。

【0050】

時刻ｔ６０８においてＰＳＥＬ１、ＰＤＸをＬｏとし、画素回路１１（ｐｑ）と積層回路１２（ｐｑ）とを切り離す。このように、時刻ｔ６０２から時刻ｔ６０８は、各画素の信号電荷に基づく電圧信号を、積層基板の積層回路に全画素同時に転送するグローバル電子シャッター動作を表す。

【0051】

時刻ｔ６０９から時刻ｔ６１１において１行目のＰＳＥＬ２（０）をＨｉとし、時刻ｔ６０９から時刻ｔ６１０において１行目のＰＭＷＮ（０）をＨｉとすることで、１行目のＮ信号を垂直出力線ＶＬ（ｑ０）を介してＡＤ変換回路に転送しＡＤ変換する。

【0052】

時刻ｔ６１０から時刻ｔ６１１において１行目のＰＭＷＳ（０）をＨｉとすることで、１行目のＳ信号を垂直出力線ＶＬ（ｑ０）を介してＡＤ変換回路に転送しＡＤ変換する。時刻ｔ６１２において、垂直走査回路２０は２行目の走査に移行する。

【0053】

時刻ｔ６１２から時刻ｔ６１４において２行目のＰＳＥＬ２（１）をＨｉとし、時刻ｔ６１２から時刻ｔ６１３において２行目のＰＭＷＮ（１）をＨｉとすることで、２行目のＮ信号を垂直出力線ＶＬ（ｑ０）を介してＡＤ変換回路に転送しＡＤ変換する。

【0054】

時刻ｔ６１３から時刻ｔ６１４において２行目のＰＭＷＳ（１）をＨｉとすることで、２行目のＳ信号を垂直出力線ＶＬ（ｑ０）を介してＡＤ変換回路に転送しＡＤ変換する。以下同様の動作を３行目以降で繰り返し、全ての画素の読み出し走査が完了する。

【0055】

上記のように、時刻ｔ６０９から時刻ｔ６１４は、全画素同時転送後の積層基板の１行目（積層回路１２（０ｑ））と２行目（積層回路１２（１ｑ））の読み出し走査期間を表す。

【0056】

図７は、実施形態１に係る撮像装置を用いた撮像方法の例を説明するフローチャートである。尚、同期制御部５内のコンピュータとしてのＣＰＵがメモリに記憶されたコンピュータプログラムを実行することによって図７のフローチャートの各ステップの動作が順次行われる。

【0057】

ステップＳ７０１において、ユーザーからの指示や所定の自動的なアルゴリズムに基づいて、撮影モードやＩＳＯ感度、露光時間等の撮影条件が設定される。

【0058】

ステップＳ７０２において、ＩＳＯ感度が所定値Ａ１より大きい場合はステップＳ７０３に進み、そうでない場合はステップＳ７０４に進む。ここで、ＩＳＯ感度は被写体輝度などによって想定される電荷蓄積部の電荷量（信号レベル）に対応して自動または手動で設定される。

【0059】

ステップＳ７０３において、第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を電流量制御部１１１により第１の電流量Ｉ１に設定する。ステップＳ７０３の処理後はステップＳ７０７に進む。

【0060】

一方、ステップＳ７０４において、第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を電流量制御部１１１により第２の電流量Ｉ２に設定する。ここで、ステップＳ７０３における第１の電流量Ｉ１はＳ７０４における第２の電流量Ｉ２の例えば２分の１とする。

【0061】

このように、ステップＳ７０３、ステップＳ７０４において、電流量制御部１１１は、ＩＳＯ感度に応じて設定された各画素で生成される電荷に応じたアナログ信号を増幅する撮像素子２内の増幅手段の増幅率、或いは信号処理部３内の増幅手段の増幅率に応じてソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせる。

【0062】

ステップＳ７０５において、撮像素子は図６のタイミングチャート等で説明した駆動方法により撮影を行う。即ち、複数の画素で発生した電荷を一括して電荷蓄積部に転送して、電荷に対応した電圧をソースフォロワ部で電圧に変換し、電圧保持部に保持させる。

【0063】

そして電圧保持部に保持された電圧を画素信号として順次読出す。尚、その際に電圧保持部ＣＳに保持された電圧から電圧保持部ＣＮに保持された電圧を減算することにより固定パターンノイズ等を除去した画素信号が出力される。

【0064】

そして信号処理部３で画素信号に対する所定の画像処理が施され、撮像データを画像表示部７でのライブビュー表示が行われる。或いは撮像データは画像記録部８に出力されて記録される。尚、所定の画像処理は、デジタルゲインでの信号レベル（増幅率）調整、ノイズ低減処理、ホワイトバランス調整、シェーディング補正処理などを含む。

【0065】

ステップＳ７０６において、ステップＳ７０５で取得した撮像データの所定領域の信号量（例えば平均値などの明るさに相当する値）を算出する。この信号量が所定値Ｂ１より大きい場合はステップＳ７０７に進み、そうでない場合はステップＳ７０３に進む。即ち、電流量制御部は、電荷蓄積部の蓄積電荷量に対応して電圧保持部から出力される出力信号のレベルに応じてソースフォロワ部に供給する電流量を異ならせる。

【0066】

ステップＳ７０７において、ステップＳ７０５と同様に、ライブビュー撮影や静止画像の撮影を行う。即ち、複数の画素で発生した電荷を一括して電荷蓄積部に転送して、蓄積電荷量に対応した電圧にソースフォロワ部で変換し、電圧保持部に保持させる。その際に電流量制御部は電荷蓄積部の蓄積電荷量に応じてソースフォロワ部に供給される電流量を第１の電流量Ｉ１又は第２の電流量Ｉ２のように異ならせるように制御する。

【0067】

そして電圧保持部の保持された電圧を画素信号として順次読出す。その際に、電圧保持部ＣＳに保持された電圧から電圧保持部ＣＮに保持された電圧を減算することにより固定パターンノイズ等を除去した画素信号が出力される。撮影後は所定の画像処理や出力動作を行い図７のフローを終了する。尚、図７のフローは例えば所定の周期で繰り返し実行される。

【0068】

このように、ステップＳ７０２で、ＩＳＯ感度が所定値より高く設定されていると判定された場合には、被写体が暗く、ＰＤに蓄積される電荷量及び電圧保持容量ＣＳに書き込まれる電圧振幅が小さいことみなす。従ってこのとき、ステップＳ７０３で電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を第１の電流量Ｉ１に低減させることで、全画素同時転送時の電力を抑制することができる。

【0069】

又、ステップＳ７０６においても、所定領域の信号量により被写体の明るさを検出し、その信号量が所定値Ｂ１以下の場合には、被写体が暗いと判断される。従ってその場合には、電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を第１の電流量Ｉ１に低減させることで、全画素同時転送時の電力を抑制することができる。

【0070】

尚、本実施形態ではＩＳＯ感度と出力信号量を夫々所定値、所定量と比較する判定を行い、それに基づき、被写体が相対的に暗い場合に、第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を第１の電流量Ｉ１に低減している。しかし、どちらか一方のみを判定して第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を第１の電流量Ｉ１に低減しても良い。

【0071】

又、電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を低減させる場合には、単位時間当たりの書き込み速度が低下するため、パルス信号ＰＭＷＳ、ＰＭＷＮのＨｉ期間を長くしても良い。

【0072】

尚、上記の例では、照度（被写体の明るさ）が低い場合（ＩＳＯ感度が所定値Ａ１より大きい場合又は所定領域の信号量が所定値Ｂ１以下の場合）に、第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を第１の電流量Ｉ１に低減させている。

【0073】

しかし、照度（被写体の明るさ）が相対的に低下する場合（ＩＳＯ感度が相対的に増大する場合、或いは所定領域の信号量が相対的に低下する場合等）に、第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を、多段階で、或いは連続的に相対的に減少させても良い。

【0074】

尚、第１の電流源ＣＣＳ１から電圧保持容量ＣＳに供給される電流量を相対的に減少（増加）させる際には、その直前に第１の電流源ＣＣＳ１から電圧保持容量ＣＮに供給される電流量も同様に相対的に減少（増加）させる。

【0075】

以上のように、実施形態１によれば、入射光量（被写体の明るさ）に対応した蓄積電荷量に応じて第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を可変制御することで、消費電力を抑制したグローバル電子シャッター型の撮像装置１００を実現することができる。

【0076】

＜実施形態２＞
図８は、本発明の実施形態２に係る撮像素子のＰＤ基板の非受光面の構成例を示すブロック図である。

【0077】

実施形態２においては、図８に示すように、信号線ＳＬ１、ＳＬ２が各行に存在し、ＳＬ１が同一行のＲ画素とＢ画素に接続され、ＳＬ２が同一行のＧ画素に接続されている。又、Ｒ画素とＢ画素の第１の電流源と、Ｇ画素の第１の電流源の電流量は互いに独立に制御される。

【0078】

図９は、本発明の実施形態２に係る撮像装置の動作例を説明する図である。実施形態２では、信号線ＳＬ１により選択されるＲ画素とＢ画素については、第１の電流源から供給される電流量を電流量制御部１１１により第１の電流量Ｉ１に設定する。

【0079】

一方、信号線ＳＬ２により選択されるＧ画素については、第１の電流源から供給される電流量を電流量制御部１１１により第２の電流量Ｉ２に設定する。ここで、例えば第１の電流量Ｉ１は第２の電流量Ｉ２の例えば２分の１とする。

【0080】

例えばグレーの被写体を撮像する場合、Ｒ画素、Ｂ画素のＰＤに蓄積される電荷量及び電圧保持容量ＣＳに書き込まれる電圧振幅は、Ｇ画素のＰＤに蓄積される電荷量及び電圧保持容量ＣＳに書き込まれる電圧振幅に対して相対的に小さくなる。従って実施形態２においては、Ｒ画素、Ｂ画素の電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に第１の電流源から供給される電流量を低減させることで、全画素同時転送時の消費電力を抑制することができる。

【0081】

本実施形態では、信号線ＳＬ１に対してＲ画素とＢ画素を接続し、信号線ＳＬ２に対してＧ画素を接続しているが、信号線ＳＬ１に対してＢ画素を接続し、信号線ＳＬ２に対してＲ画素とＧ画素を接続しても良い。即ち、Ｂ画素の電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に第１の電流源から供給される電流量を相対的に低減させるようにしても良い。

【0082】

尚、実施形態２のような制御を行う際に、色飽和度を検出し、色飽和度が所定値以下（即ち被写体が略グレーである）と判定された場合に上記のような色毎の電流量の制御を行うようにしても良い。そして、色飽和度が所定値より大きい場合には、上記のような色毎の電流量の制御は行わないようにしても良い。

【0083】

或いは、画像信号における色分布を検出し、所定の色の彩度が相対的に高い領域では、その色の画素について第１の電流源から供給される電流量を相対的に増加させても良い。或いは、所定の色の彩度が相対的に高い領域では、その色以外の画素について第１の電流源から供給される電流量を相対的に低減させても良い。

【0084】

或いは、画像信号における色温度を検出し、色温度が高い場合には、例えばＢの画素について第１の電流源から供給される電流量を相対的に増加させる、或いはＲの画素については第１の電流源から供給される電流量を相対的に低減させるようにしても良い。

【0085】

逆に色温度が低い場合には、例えばＢの画素について第１の電流源から供給される電流量を相対的に低減させる、或いはＲの画素については第１の電流源から供給される電流量を相対的に増加させるようにしても良い。

【0086】

またＩＲ（赤外）フィルタなど、非可視光の分光特性を備える画素に応じて規定することも可能である。この場合は、ＩＲ画素はＧ画素などよりも信号量が多くなるため、Ｇ画素など可視域の電流量を低減することが望ましい。

【0087】

即ち、光透過率の高いフィルタなどによって光電変換量が相対的に多い画素については、電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に第１の電流源から供給される電流量を相対的に増加させるようにしても良い。

【0088】

尚、電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む第１の電流源から供給される電流量を低減させる場合は、単位時間当たりの書き込み速度が低下する。従って、その分光特性の画素の電圧保持容量ＣＳを小さく形成するか、容量を可変として、容量を小さく制御するようにしていても良い。

【0089】

このように、画素の分光特性に応じて電荷蓄積部の電荷量が変化するので、実施形態２においては、画素の分光特性に応じて第１の電流源から供給される電流量を制御する。即ち、異なる色のカラーフィルタを備える画素に対して第１の電流源から供給される電流量を互いに異ならせることで、消費電力を抑制したグローバル電子シャッター型の撮像装置１００を実現することができる。

【0090】

＜実施形態３＞
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施形態３に係る撮像素子のＰＤの構成例を示すブロック図である。図１０（Ａ）は、大きさ（感度）が略等しい一対の光電変換部ＰＤ１０１、ＰＤ１０２を１つの画素に備える例を示した図である。

【0091】

この構造は主に撮像面位相差検出に用いられ、ＰＤ１０１、ＰＤ１０２の前面には焦点検出のために共通の１つのマイクロレンズが配置されており、ＰＤ１０１、ＰＤ１０２には光学系の夫々異なる射出瞳からの光が入射するように構成されている。

【0092】

尚、撮像面位相差検出のための構成は複画素構造に限らず、光電変換部に入射する２つの射出瞳の一方からの光を遮光層によりカットした複数の画素と、他方からの光を遮光層によりカットした複数の画素をイメージセンサ内に配置する構造であっても良い。

【0093】

図１０（Ｂ）は、大きさ（感度）が異なる一対の光電変換部ＰＤ１０１、ＰＤ１０２を１つの画素に備える例を示した図である。この構造は主にワイドダイナミックレンジを目的とした撮像に用いられる。例えば低輝度部分に対しては大きな光電変換部からの信号を用い、高輝度部分に対しては小さな光電変換部からの信号を用いてダイナミックレンジを広げる。

【0094】

このように図１０（Ａ）、（Ｂ）の、いずれにおいても、画素は夫々複数の光電変換部を有する。ここで、ＰＤ１０１の光電変換に基づく信号をＡ信号、ＰＤ１０２の光電変換に基づく信号をＢ信号とする。又、ＰＤ１０１とＰＤ１０２の光電変換に基づく信号を加算（混合）した信号をＡ＋Ｂ信号とする。

【0095】

図１０（Ａ）に示す構成においては、Ａ信号又はＢ信号を読み出して電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際には、第１の電流源からソースフォロワ部に供給される電流量を相対的に低減させて第１の電流量とする。一方、Ａ＋Ｂ信号を読み出して電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際には、第１の電流源から供給される電流量を第２の電流量とする。

【0096】

又、図１０（Ｂ）に示す構成においては、Ａ信号を読み出して電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際には、第１の電流源からソースフォロワ部に供給される電流量を相対的に低減させて第１の電流量とする。Ｂ信号又はＡ＋Ｂ信号を読み出して電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際には、第１の電流源から供給される電流量を第２の電流量とする。

【0097】

即ち、実施形態３においては、複数の光電変換部の電荷を別々に読出す場合と、加算して読出す場合とで、第１の電流源からソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせている。

【0098】

尚、第１の電流量Ｉ１は第２の電流量Ｉ２の例えば２分の１とする。即ち、第１の電流源に接続された電流量制御部をＰＤの大きさ（感度）に応じて夫々異ならせるようにしている。従ってＰＤに蓄積される電荷量及び電圧保持容量ＣＳに書き込まれる電圧振幅が小さい場合には、電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に、第１の電流源から供給される電流量を低減させることで、全画素同時転送時の消費電力を抑制することができる。

【0099】

このように、ＰＤの大きさ（感度）に応じて電荷蓄積部の電荷量が変化するので、実施形態３ではＰＤの大きさ（感度）に応じて電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込む際に、第１の電流源から供給される電流量を異ならせる。それにより、消費電力を抑制したグローバル電子シャッター型の撮像装置１００を実現することができる。

【0100】

＜実施形態４＞
図１１は、本発明の実施形態４に係る撮像素子のＰＤ基板の非受光面の構成例を示すブロック図であり、信号読み出しを行う画素を限定（選択）する、いわゆる間引き読み出しをするための構成例を示している。

【0101】

尚、間引き読み出しは当該行の第１の選択トランジスタＳＥＬ１及び第２の選択トランジスタＳＥＬ２、又は転送トランジスタＴＸを常時Ｌｏとするなどで実現できる。また行だけでなく列を間引き読み出しすることも可能である。

【0102】

図１１に示す実施形態４の構成においては、例えば所定のフレームにおいては、例えば１行目（１１（０ｑ））と４行目（１１（３ｑ））を出力し、ハッチングした２行目（１１（１ｑ））と３行目（１１（２ｑ））を出力しないように動作させることができる。これを第１の読み出しモードとする。一方、実施形態１～実施形態３までで説明したように、フレーム毎に全ての行を出力する構成を第２の読み出しモードとする。

【0103】

図１１に示す実施形態４の構成においては、信号線ＳＬが各行に対して設けられ、同じ行の全ての画素を同時に選択可能となっているため、第１の電流源ＣＣＳ１に接続された電流量制御部１１１を行ごとに夫々制御することが可能である。

【0104】

第１の読み出しモードでは、出力しない行に接続された電流量制御部１１１により第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を０とし、即ち出力しない行についての消費電力を削減する。出力する行に接続された電流量制御部１１１を第２の電流量Ｉ２に設定する。第２の読み出しモードでは、電流量制御部１１１を第１の電流量Ｉ１に設定する。ここで、第１の電流量Ｉ１は第２の電流量Ｉ２の例えば２分の１とする。

【0105】

第２の読み出しモードでは第１の読み出しモードに対して全画素同時転送される画素が多い。この時、電圧保持容量ＣＳに電圧を書き込むために第１の電流源から供給される電流量を低減させることで、全画素同時転送時の電力を抑制することができる。

【0106】

即ち、実施形態４においては、複数の前記画素の信号を間引いて読み出しを行う第１の読み出しモードと、複数の前記画素の信号を間引かずに読み出しを行う第２の読み出しモードとで第１の電流源ＣＣＳ１から供給される電流量を異ならせている。

【0107】

このように、駆動する画素数に応じて電荷蓄積部の電荷量が変化する場合があるので、実施形態４においては、駆動する画素数に応じて、第１の電流源から電圧保持容量ＣＳに供給する電流量を制御する。それによって、消費電力を抑制したグローバル電子シャッター型の撮像装置１００を実現することができる。

【0108】

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。尚、上記実施形態は、以下の組み合わせを含む。

【0109】

（構成１）光電変換部を備える複数の画素と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部における前記電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部と、前記ソースフォロワ部で生成された前記電圧を保持するための電圧保持部と、複数の前記画素で発生した前記電荷を一括して前記電荷蓄積部に転送して、前記電荷対応した前記電圧を前記ソースフォロワ部で生成して前記電圧保持部に保持させる際に、前記電荷蓄積部における電荷量に応じて前記ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御する電流量制御部と、を有することを特徴とする撮像装置。

【0110】

（構成２）前記電流量制御部を複数の画素で共有することを特徴とする構成１に記載の撮像装置。

【0111】

（構成３）前記ソースフォロワ部を複数の画素で共有することを特徴とする構成１又は２に記載の撮像装置。

【0112】

（構成４）前記画素は前面に夫々カラーフィルタを備え、前記カラーフィルタは赤、緑、青、非可視光の少なくとも１つの波長帯域の光を透過することを特徴とする構成１～３のいずれか１つに記載の撮像装置。

【0113】

（構成５）前記電流量制御部は、異なる色のカラーフィルタを備える画素に対して前記電流量を異ならせることを特徴とする構成４に記載の撮像装置。

【0114】

（構成６）前記複数の画素において生成される電荷に応じた信号を増幅する増幅手段を備え、
前記電流量制御部は、前記増幅手段の増幅率に応じて前記電流量を異ならせることを特徴とする構成１～５のいずれか１つに記載の撮像装置。

【0115】

（構成７）前記電流量制御部は、前記電圧保持部から出力された出力信号のレベルに応じて前記電流量を異ならせることを特徴とする構成１～６のいずれか１つに記載の撮像装置。

【0116】

（構成８）前記画素は夫々複数の光電変換部を有し、前記複数の光電変換部の電荷を別々に読出す場合と、加算して読出す場合とで、前記電流量制御部は前記電流量を異ならせることを特徴とする構成１～７のいずれか１つに記載の撮像装置。

【0117】

（構成９）複数の前記画素の信号を間引いて読み出しを行う第１の読み出しモードと、複数の前記画素の信号を間引かずに読み出しを行う第２の読み出しモードと、を備え、前記電流量制御部は、前記第１の読み出しモードと前記第２の読み出しモードとで前記電流量を異ならせることを特徴とする構成１～８のいずれか１つに記載の撮像装置。

【0118】

（方法）光電変換部を備える複数の画素と、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部における前記電荷に対応した電圧を生成するソースフォロワ部と、前記ソースフォロワ部で生成された前記電圧を保持するための電圧保持部と、を有する撮像装置を制御する撮像方法であって、複数の前記画素で発生した電荷を一括して前記電荷蓄積部に転送して、前記電荷に対応した前記電圧を前記ソースフォロワ部で生成して前記電圧保持部に保持させる際に、前記電荷蓄積部における電荷量に応じて前記ソースフォロワ部に供給される電流量を異ならせるように制御することを特徴とする撮像方法。

【0119】

（プログラム）構成１～９のいずれか１つに記載の撮像装置の各部をコンピュータにより制御するためのコンピュータプログラム。

【0120】

尚、上記実施形態における制御の一部又は全部を実現するために、上述した実施形態の機能を実現するコンピュータプログラムをネットワーク又は各種記憶媒体を介して撮像装置等に供給するようにしてもよい。そしてその撮像装置等におけるコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がそのプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。その場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

【符号の説明】

【0121】

１：光学系
２：撮像素子
３：信号処理部
４：圧縮伸張部
５：同期制御部
６：操作部
７：画像表示部
８：画像記録部
１０（ｐｑ）、１０１、１０２：フォトダイオード
１１（ｐｑ）：画素回路
１１１：電流量制御部
１２（ｐｑ）：積層回路
２０：垂直走査回路
３０：水平走査回路
４０：タイミング発生回路
５０：出力部
ＴＸ：転送トランジスタ
ＦＤ：電荷蓄積部（フローティングディフュージョン）
ＲＥＳ１、ＲＥＳ２：リセットトランジスタ
ＳＦ１、ＳＦ２：増幅トランジスタ
ＳＥＬ１、ＳＥＬ２：選択トランジスタ
ＣＣＳ１、ＣＣＳ２：電流源
ＣＯＮＴ：電気的接点
ＭＷＳ、ＭＷＮ：書き込みトランジスタ
ＣＳ、ＣＮ：電圧保持容量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】