JP2015126240A - 撮像装置、撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子が生成する光電変換信号あるいは光電変換信号に基づく信号に、撮像素子に駆動電圧を供給する電圧供給部のスイッチング動作によって生じるノイズが重畳されることを防止する。【解決手段】撮像素子が光電変換信号の生成に関わる期間あるいは光電変換信号の処理に関わる期間に、電圧供給部のスイッチ部のスイッチング動作を行わないようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置、撮像装置の駆動方法に関する。

入射光を光電変換して光電変換信号を生成する画素を有する撮像素子が知られている。そして、この撮像素子に供給する駆動電圧をスイッチング動作によって生成する電圧供給部を有する撮像装置が知られている。

特許文献１には、この電圧供給部の一例としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いた撮像装置が記載されている。さらに特許文献１には、撮像装置の動作モードに応じて、予め用意された複数のスイッチング周波数の設定情報の中から適切な周波数を選択してＤＣ−ＤＣコンバータを駆動する撮像装置が記載されている。

特開２００８−２１９２９２号公報

特許文献１に記載の撮像装置では、撮像素子の光電変換信号の生成に関わる期間あるいは光電変換信号の処理に関わる期間に、電圧供給部がスイッチング動作を行う場合がある。この場合、光電変換信号あるいは光電変換信号に基づく信号に、電圧供給部のスイッチング動作によって生じるノイズが重畳される課題があった。

本発明は、上記の課題を鑑みて為されたものであり、一の態様は、入射光を光電変換することで生じる電荷に基づいて光電変換信号を生成する画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に駆動電圧を供給する電圧供給部と、前記電圧供給部の動作を制御する制御部とを有する撮像装置であって、前記電圧供給部は、容量素子と、前記容量素子の充電と放電とを切り替えるスイッチング動作を行うスイッチ部とを有し、前記電圧供給部は、前記スイッチ部のスイッチング動作によって、前記駆動電圧を生成し、前記制御部は、前記撮像素子が光電変換信号の生成に関わる期間あるいは光電変換信号の処理に関わる期間に、前記スイッチ部のスイッチング動作を行わないように制御することを特徴とする撮像装置である。

また、別の態様は、入射光を光電変換することで生じる電荷に基づいて光電変換信号を生成する画素を有する撮像素子と、前記撮像素子に駆動電圧を供給する電圧供給部とを有し、前記電圧供給部が容量素子を有する撮像装置の駆動方法であって、前記電圧供給部は、前記容量素子の充電と放電とを切り替えることによって、前記駆動電圧を生成し、前記撮像素子が前記光電変換信号の生成に関わる期間あるいは前記光電変換信号の処理に関わる期間に、前記容量素子の充電と放電との切り替えを行わないように制御することを特徴とする撮像装置の駆動方法である。

本発明により、電圧供給部のスイッチング動作によって生じるノイズを低減した、光電変換信号あるいは光電変換信号に基づく信号を生成する撮像装置を提供することができる。

撮像装置の構成の一例を示した図 撮像素子の構成の一例を示した図 画素の構成の一例を示した図 撮像素子の動作の一例を示した図 比較例の撮像装置の動作の一例の図 撮像装置の動作の一例の図および撮像装置の動作の他の一例の図 撮像装置の動作の一例の図 撮像素子の構成の一例の図 ランプ信号供給部の構成の一例の図 撮像装置の動作の一例の図 撮像装置の構成の一例の図 撮像装置の構成の一例の図

以下、図面を参照しながら、各実施例を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。

本実施例の撮像装置は、電圧供給部１０、シリーズレギュレータ３０、撮像素子４０、タイミング制御部５０、電源部６０を有する。

電圧供給部１０は、電源部６０から入力される電圧を昇圧した電圧をシリーズレギュレータ３０に出力する。電圧供給部１０は、整流／平滑化部１１を有する。整流／平滑化部１１は、スイッチ部１２、インダクタ１３、ダイオード１４、容量素子１５を有する。スイッチ部１２は、容量素子１５の電荷の充電と放電とを切り替えるスイッチである。また、電圧供給部１０はさらに、誤差電圧検出部２０、制御信号供給部２２、スイッチ制御部２４を有する。制御信号供給部２２は、誤差電圧検出部２０から入力される検出結果信号に基づいて、スイッチ部１２のスイッチング動作を制御するための制御信号ＰＸを出力する。スイッチ制御部２４は、制御信号供給部２２から入力される制御信号ＰＸと、タイミング制御部５０から入力されるタイミング信号とに基づいて生成する制御信号ＰＧをスイッチ部１２に出力する。

シリーズレギュレータ３０は、電圧供給部１０が出力する駆動電圧を降圧するとともに整流および平滑化した電圧を撮像素子４０に出力する。

撮像素子４０は、電圧供給部１０からシリーズレギュレータ３０を介して供給される駆動電圧を用いて動作する。撮像素子４０は、タイミング制御部５０の制御によって、入射光に基づく光電変換信号を生成する。そして、撮像素子４０は、タイミング制御部５０の制御によって、光電変換信号に基づく信号を、撮像素子４０の外部に出力する。

タイミング制御部５０は、撮像素子４０を制御すると共に、スイッチ制御部２４にタイミング信号ＴＩＭを出力する。

電源部６０は、電圧供給部１０がシリーズレギュレータ３０を介して撮像素子４０に供給する駆動電圧を生成するための電源電圧を電圧供給部１０に供給する。

図２は、図１で示した撮像素子４０の構成を示した図である。

撮像素子４０は、行列状に設けられた画素２００を有している。図２では、２列の画素２００を示している。図２では、１列の画素２００に関わる要素について符号を付している。隣接する画素２００に関わる要素は、符号を付した、１列の画素２００に関わる要素と同様である。以下では、符号を付した１列の画素２００に関わる構成を中心に説明する。

画素２００は、入射光に基づく光電変換信号とノイズ信号とをそれぞれ垂直信号線２０１を介して増幅器２０２に出力する。電流源２０３は、垂直信号線２０１を介して画素２００に電流を供給する。

信号処理部２３０は、容量素子２０４、容量素子２０５、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４を有している。不図示のタイミングジェネレータは、信号φＣｎをスイッチＳＷ１の制御ノードに供給する。また、不図示のタイミングジェネレータは、信号φＣｓをスイッチＳＷ２の制御ノードに供給する。水平走査部２１０は、スイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４の制御ノードに信号φＨ１ｎを供給する。水平走査部２１０は、信号φＨ１ｎを供給する列に対して隣接する列のスイッチＳＷ３、スイッチＳＷ４に、信号φＨ２ｎを供給する。

出力アンプ２２０は、容量素子２０４がスイッチＳＷ３を介して電気的に接続され、さらに、容量素子２０５がスイッチＳＷ４を介して電気的に接続されている。出力アンプ２２０は、容量素子２０４と容量素子２０５から入力される信号の差の信号を増幅した信号を、撮像素子４０の外部に出力する。

垂直走査部２４０は、画素２００の動作を行単位で制御する。

図３は、画素２００の構成を示した図である。光電変換部３０１は、入射光に基づく電荷を蓄積する。浮遊拡散部３０２は、トランジスタ３０５を介して光電変換部３０１に電気的に接続されている。トランジスタ３０３の入力ノードは、浮遊拡散部３０２に電気的に接続されている。また、トランジスタ３０３の一方の主ノードは、トランジスタ３０４の一方の主ノードに電気的に接続されている。トランジスタ３０３の他方の主ノードは、電源電圧ＶＤＤが供給されている。トランジスタ３０３は、浮遊拡散部３０２の電荷に基づく信号である光電変換信号を出力する画素出力部である。トランジスタ３０４の他方のノードは、垂直信号線２０１に電気的に接続されている。トランジスタ３０６は、一方の主ノードに電源電圧ＶＤＤが供給され、他方の主ノードは浮遊拡散部３０２に電気的に接続されている。図２に示した垂直走査部２４０は、トランジスタ３０５の制御ノードに信号φＴＸを供給する。また、垂直走査部２４０は、トランジスタ３０４の制御ノードに信号φＳＥＬを供給する。また、垂直走査部２４０は、トランジスタ３０６の制御ノードに信号φＲＥＳを供給する。

図４は、図２の撮像素子４０の動作を示した図である。時刻Ｔ１に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳと信号φＴＸをＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルと表記する。）とする。これにより、光電変換部３０１と浮遊拡散部３０２の電荷がリセットされる。時刻Ｔ１では、垂直走査部２４０は、信号φＳＥＬをＬｏｗレベル（以下、Ｌレベルと表記する。）としている。また、不図示のタイミングジェネレータは、信号φＣｎ、信号φＣｓを共にＬレベルとしている。

時刻Ｔ２に、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳ、信号φＴＸをＬレベルとする。また、タイミングジェネレータは時刻Ｔ２では、信号φＣｎ、信号φＣｓを引き続きＬレベルとしている。

時刻Ｔ３では、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳをＨレベルとする。これにより、画素２００から、浮遊拡散部３０２の電荷がリセットされる。また、垂直走査部２４０は、信号φＳＥＬをＨレベルとする。これにより、トランジスタ３０３は、リセットされている浮遊拡散部３０２の電位に基づく信号を、トランジスタ３０４を介して、垂直信号線２０１に出力する。また、時刻Ｔ３に、タイミングジェネレータは信号φＣｎをＨレベルにする。これにより、増幅器２０２の出力する信号が、容量素子２０４に入力される。

時刻Ｔ４に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳをＬレベルとする。これにより、浮遊拡散部３０２のリセットが解除される。この時刻Ｔ４から、トランジスタ３０３が出力する信号がノイズ信号（以下、Ｎ信号と表記する。）である。増幅器２０２は、Ｎ信号を増幅した信号（以下、増幅Ｎ信号と表記する。）を出力する。増幅Ｎ信号は、ノイズ信号に基づく信号である。

時刻Ｔ５に、タイミングジェネレータは信号φＣｎをＬレベルとする。この時、容量素子２０４が増幅器２０２から入力される増幅Ｎ信号を保持する。

時刻Ｔ６に、垂直走査部２４０は、信号φＴＸをＨレベルとする。これにより、光電変換部３０１が蓄積した電荷が、トランジスタ３０５を介して浮遊拡散部３０２に入力される。また、タイミングジェネレータは、信号φＣｓをＨレベルとする。これにより、増幅器２０２の出力する信号が、容量素子２０５に入力される。

時刻Ｔ７に、垂直走査部２４０は、信号φＴＸをＬレベルとする。これにより、光電変換部３０１から浮遊拡散部３０２への電荷の入力が終了する。この時刻Ｔ７から、トランジスタ３０３が出力する信号が、光電変換信号（以下、Ｓ信号と表記する。）である。増幅器２０２は、Ｓ信号を増幅した信号（以下、増幅Ｓ信号と表記する。）を出力する。本実施例の光電変換信号の生成に関わる期間とは、光電変換部３０１から浮遊拡散部３０２に電荷が転送される期間である、信号φＴＸがＨレベルの期間である。また、増幅Ｓ信号は光電変換信号に基づく信号である。

時刻Ｔ８に、タイミングジェネレータは信号φＣｓをＬレベルとする。この時、容量素子２０５が増幅器２０２から入力される増幅Ｓ信号を保持する。

時刻Ｔ８よりも後の期間に、水平走査部２１０は、信号φＨ１ｎ、φＨ２ｎを順次Ｈレベルとする。これにより、各列の容量素子２０４、容量素子２０５のそれぞれが保持した増幅Ｎ信号、増幅Ｓ信号が順次、出力アンプ２２０に出力される。出力アンプ２２０は、増幅Ｓ信号と増幅Ｎ信号との差の信号を増幅した信号を、撮像素子４０の外部に出力する。

ここで、比較例として、信号φＴＸがＨレベルの間に、図１に示した電圧供給部１０のスイッチ部１２が、容量素子１５の充電と放電とを切り替えるスイッチング動作を行った場合について述べる。比較例では、電圧供給部１０はスイッチ制御部２４を有しておらず、制御信号供給部２２が出力する制御信号ＰＸのみによって、スイッチ部１２のスイッチング動作が制御される。

図５は、制御信号供給部２２が出力する制御信号ＰＸと、容量素子１５の充放電波形と、信号φＴＸとを示した比較例の図である。制御信号ＰＸは、一定の周波数で、ＨレベルとＬレベルとを繰り返している。制御信号ＰＸがＨレベルの期間、スイッチ部１２は容量素子１５を充電させ、制御信号ＰＸがＬレベルの期間、スイッチ部１２は容量素子１５を放電させる。

図５に示した時刻Ｔ７は、図４に示した時刻Ｔ７に対応している。時刻Ｔ７に、制御信号ＰＸがＬレベルからＨレベルに遷移すると、スイッチ部１２は容量素子１５の動作を放電から充電に切り替える。この容量素子１５の動作が切り替わるタイミングと、信号φＴＸがＨレベルであるタイミングとが重なることにより、光電変換部３０１から浮遊拡散部３０２に入力される電荷に、容量素子１５の動作が切り替わることによって生じるノイズが重畳される。この容量素子１５の動作が切り替わることによって生じるノイズとは、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じる放射ノイズと伝導ノイズがある。放射ノイズとは、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じる電磁波ノイズである。伝導ノイズとは、スイッチ部１２のスイッチング動作によって一時的に変動によって電圧供給部１０が出力する駆動電圧に変動が生じる。そして、この変動が、駆動電圧を供給する配線を介して撮像素子４０に伝搬することによって生じるノイズが伝導ノイズである。これらのノイズが、浮遊拡散部３０２の保持する電荷に重畳されることにより、Ｓ信号に含まれるノイズ成分が大きくなってしまう。このスイッチング動作によるノイズは、１行の画素２００のＳ信号に共通して含まれる。従って、撮像素子４０が出力する信号を用いて生成する画像において、横筋状の縞が生じるため画質が低下する。

また、時刻Ｔ２においても、時刻Ｔ７と同様に信号φＴＸがＨレベルの期間に、スイッチ部１２がスイッチング動作する場合がある。この場合においても、Ｎ信号にスイッチング動作によって生じるノイズが重畳される。しかし、Ｓ信号とＮ信号との両方に含まれるノイズ成分が等しくない場合には、Ｓ信号からＮ信号を差し引いても、スイッチ部１２のスイッチング動作によるノイズのノイズ成分をＳ信号から精度よく差し引くことができない。よって、この場合においても、生成する画像に横筋状の縞が生じるため、画質が低下する。

次に、本実施例の撮像装置の動作について、図６（Ａ）、図６（Ｂ）を参照しながら説明する。

図６（Ａ）は、制御信号ＰＸと、スイッチ制御部２４が出力する制御信号ＰＧと、信号φＴＸとを示した図である。図６（Ａ）に示した時刻Ｔ６、時刻Ｔ７はそれぞれ、図４に示した時刻Ｔ６、時刻Ｔ７と対応している。図６（Ａ）に示したタイミング信号ＴＩＭは、Ｌレベルの場合には、スイッチ制御部２４は制御信号ＰＸを制御信号ＰＧとして出力する。一方、タイミング信号ＴＩＭがＨレベルの場合には、スイッチ制御部２４はゲート信号ＧＴを制御信号ＰＧとして出力する。

図１に示したタイミング制御部５０はタイミング信号ＴＩＭの信号レベルを、信号φＴＸがＨレベルである期間である時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間を包含する時刻ＴＧＳから時刻ＴＧＥまでの期間、Ｈレベルとする。Ｈレベルのタイミング信号ＴＩＭが入力されたスイッチ制御部２４は、時刻ＴＧＳにおけるゲート信号ＧＴの信号レベルを、同時刻における制御信号ＰＸの信号レベルとする。そして、スイッチ制御部２４は、タイミング信号ＴＩＭがＨレベルである期間、ゲート信号ＧＴの信号レベルを、時刻ＴＧＳの制御信号ＰＸの信号レベルのままとする。従って、図６（Ａ）に示すように、スイッチ制御部２４が出離力する制御信号ＰＧの信号レベルは、時刻ＴＧＳよりも前の時刻から時刻ＴＧＥまでＨレベルであり、時刻ＴＧＥにＨレベルからＬレベルに遷移する。よって、スイッチ部１２は、信号φＴＸがＨレベルの期間にスイッチング動作を行わず、時刻ＴＧＥにスイッチング動作を行う。

これにより、本実施例の撮像装置は、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じるノイズを低減したＳ信号を得ることができる。

尚、図６（Ａ）では、時刻ＴＧＳから時刻ＴＧＥまでの期間は、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間を包含していた。他の例として、図６（Ｂ）に示すように、タイミング信号ＴＩＭがＨレベルとなる時刻ＴＧＳが時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの間の時刻であっても良い。図６（Ｂ）の場合には、時刻Ｔ６の後に、制御信号ＰＸの信号レベルがＬレベルからＨレベルに遷移するため、制御信号ＰＧも同様にＨレベルとなる。よって、スイッチ部１２は、ＬレベルからＨレベルに遷移する制御信号ＰＧによって、スイッチング動作を行う。その後、時刻ＴＧＳに、Ｈレベルの制御信号ＰＸにより、ゲート信号ＧＴがＨレベルとなる。そして、時刻Ｔ７よりも後の時刻ＴＧＥまで、ゲート信号ＧＴはＨレベルのままとなる。よって、時刻Ｔ７に制御信号ＰＸがＬレベルになっても、制御信号ＰＧは時刻Ｔ７以降もＨレベルである。この場合においても、浮遊拡散部３０２が保持する電荷が確定する時刻Ｔ７に、スイッチ部１２はスイッチング動作を停止する。この場合においても、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じるノイズを低減したＳ信号を得ることができる。従って、本実施例の撮像装置は、少なくとも時刻Ｔ７において、スイッチ部１２がスイッチング動作を行わないようにすればよい。

また、図４で述べた、Ｎ信号を得るために信号φＴＸをＨレベルからＬレベルとする時刻Ｔ２においても、図６（Ａ）、図６（Ｂ）の場合と同様に、スイッチ部１２がスイッチング動作をさらに行わないようにしても良い。この場合には、本実施例の撮像装置は、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じるノイズを低減したＮ信号を得ることができる。

本実施例の撮像装置は、本実施例の光電変換信号の生成に関わる期間の一例として、光電変換部３０１から浮遊拡散部３０２に電荷が転送される期間にスイッチ部１２のスイッチング動作を行わない。このスイッチ部１２がスイッチング動作を行わない光電変換信号の生成に関わる期間とは、光電変換信号を生成する際に、スイッチ部１２のスイッチング動作によるノイズが光電変換信号に重畳されやすい期間である。本実施例の撮像装置のスイッチ部１２のスイッチング動作を行わない期間は、光電変換信号の信号値を得る期間とすることができる。

尚、本実施例では、スイッチ部１２にスイッチング動作を行わせないように、ゲート信号ＧＴとして、サンプリングした制御信号ＰＸの信号値を、タイミング信号ＴＩＭがＨレベルの間、維持する信号を用いた。他の例として、スイッチ部１２にスイッチング動作を行わせない期間に、スイッチ制御部２４がスイッチ部１２に、スイッチング動作を禁止する信号を出力するようにしても良い。

（実施例２）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

本実施例の撮像装置の構成は、図１と同じである。また、撮像素子４０の構成は、図２と同じである。また、画素２００の構成は、図３と同じである。また、撮像装置の動作は図４と同じである。

本実施例の撮像装置が実施例１と異なるのは、スイッチ部１２のスイッチング動作を、信号φＣｓがＨレベルの期間に行わないようにした点である。

図７は、本実施例の撮像装置の動作を示した図である。

図７に示した時刻Ｔ３−１では、撮像装置は、１行目の画素２００に関わる動作として、図４に示した時刻Ｔ３の動作を行う。また、時刻Ｔ３−２は、２行目の画素２００に関わる動作として、図４に示した時刻Ｔ３の動作を行う。同様に、時刻Ｔ５−１、時刻Ｔ６−１、時刻Ｔ８−１はそれぞれ、１行目の画素２００に関わる動作として、図４に示した時刻Ｔ５、時刻Ｔ６、時刻Ｔ８の動作を行う。同様に、時刻Ｔ５−２、時刻Ｔ６−２、時刻Ｔ８−２はそれぞれ、２行目の画素２００に関わる動作として、図４に示した時刻Ｔ５、時刻Ｔ６、時刻Ｔ８の動作を行う。

本実施例では、信号φＣｓがＨレベルとなる時刻Ｔ６−１よりも先の時刻ＴＧＳ１に、タイミング制御部５０がタイミング信号ＴＩＭをＨレベルとする。Ｈレベルのタイミング信号ＴＩＭが入力されたスイッチ制御部２４は、時刻ＴＧＳ１におけるゲート信号ＧＴの信号レベルを、同時刻における制御信号ＰＸの信号レベルとする。そして、ゲート信号ＧＴの信号レベルを、タイミング信号ＴＩＭがＨレベルの間、時刻ＴＧＳ１の制御信号ＰＸの信号レベルのままとする。そして、タイミング信号ＴＩＭがＨレベルの間、制御信号ＰＸの代わりにゲート信号ＧＴの信号レベルを制御信号ＰＧとしてスイッチ部１２に出力する。これにより、信号φＣｓがＨレベルの間、スイッチ部１２がスイッチング動作を停止する。本実施例の光電変換信号の処理に関わる期間とは、容量素子２０５が増幅Ｓ信号を保持する期間である、信号φＣｓがＨレベルの期間である。

よって、本実施例の撮像装置は、容量素子２０５が増幅Ｓ信号を保持する際に、スイッチ部１２がスイッチング動作を行わない。これにより、本実施例の撮像装置は、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じるノイズを低減した増幅Ｓ信号を得ることができる。

また、時刻Ｔ６−２から時刻Ｔ８−２までの期間においても同様に、時刻Ｔ６−２から時刻Ｔ８−２までの期間を包含する時刻ＴＧＳ２から時刻ＴＧＥ２までの期間、制御信号ＰＧの信号レベルをゲート信号ＧＴの信号レベルとする。これにより、２行目の画素２００のＳ信号に基づく増幅Ｓ信号についても、スイッチ部１２のスイッチング動作によって生じるノイズを低減することができる。

尚、本実施例の撮像装置は、時刻ＴＧＳ１から時刻ＴＧＥ１までの期間が、時刻Ｔ６−１から時刻Ｔ８−１までの期間を包含していた。他の例として、タイミング制御部５０がタイミング信号ＴＩＭをＨレベルとする時刻ＴＧＳ１を、時刻Ｔ６−１から時刻Ｔ８−１までの間の時刻とする。そして、タイミング制御部５０がタイミング信号ＴＩＭをＬレベルとする時刻ＴＧＥ１を時刻Ｔ８−１よりも後の時刻としても良い。この場合においても、容量素子２０５が保持する増幅Ｓ信号の信号値が確定する時刻Ｔ８−１に、スイッチ部１２がスイッチング動作を停止する。よって、この場合においても、スイッチ部１２のスイッチング動作によるノイズを低減した増幅Ｓ信号を得ることができる。

尚、本実施例においても、実施例１で述べたように、信号φＴＸをＨレベルとする期間に、スイッチ部１２のスイッチング動作を行わないようにしても良い。

本実施例の撮像装置は、本実施例の光電変換信号の処理に関わる期間の一例として、容量素子２０５が増幅Ｓ信号を保持する期間に、スイッチ部１２のスイッチング動作を行わない。このスイッチ部１２がスイッチング動作を行わない光電変換信号の処理に関わる期間とは、光電変換信号を保持する動作と、光電変換信号を増幅する動作などのように、スイッチ部１２のスイッチング動作によるノイズが光電変換信号に重畳されやすい期間である。本実施例の撮像装置のスイッチ部１２のスイッチング動作を行わない期間は、信号処理部が、光電変換信号に基づく信号の信号値を得る期間とすることができる。

（実施例３）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

本実施例の撮像装置の構成は、図１と同じである。画素２００の構成は、図３と同じである。

図８は、本実施例の撮像素子４０の構成を示した図である。

図８では、図２に示した撮像素子４０が有する要素と同じ機能を有する要素については、図２で付した符号と同じ符号を付して表している。

撮像素子４０は、比較器６０４、ランプ信号供給部６０５、カウンタ６０７、記憶部６０８、水平走査部６０９、出力部６１０を有する。本実施例のＡＤ変換部は、比較器６０４、記憶部６０８を有する。

ランプ信号供給部６０５は、複数の比較器６０４に共通に接続され、ランプ信号ＶＲＡＭＰを供給する。ランプ信号ＶＲＡＭＰは、時間経過と共に電位が連続的に変化する信号である。ランプ信号ＶＲＡＭＰは、ＡＤ変換部がＡＤ変換を行うのに用いる参照信号である。また、ランプ信号供給部６０５は、参照信号供給部である。

比較器６０４は画素２００の列に対応して配置されている。

カウンタ６０７は、複数列の記憶部６０８に共通に接続されている。

記憶部６０８は、比較器６０４の列に対応して配置されている。

水平走査部６０９は、各列の記憶部６０８を走査することによって、各列の記憶部６０８が保持した信号を各列の記憶部６０８から順次出力部６１０に出力させる。

図９は、ランプ信号供給部６０５の構成を示した図である。

ランプ信号供給部６０５は、電流源７０１、トランジスタ７０２、トランジスタ７０３、トランジスタ７０４、トランジスタ７０５、容量素子７０７、容量素子７０８、差動増幅器７０６を有する。

ランプ信号供給部６０５は、電流源７０１とトランジスタ７０２とで構成されるカレントミラー回路を有する。カレントミラー回路は、トランジスタ７０３を介して、容量素子７０８の一方のノードと、トランジスタ７０４の入力ノードに電気的に接続されている。

容量素子７０８の他方のノードは、トランジスタ７０２の一方の主ノードと、トランジスタ７０４の一方の主ノードに電気的に接続されている。トランジスタ７０４の他方の主ノードは、差動増幅器７０６の入力ノードと、トランジスタ７０５の一方の主ノードと、容量素子７０７の一方のノードと電気的に接続されている。トランジスタ７０５の他方の主ノードと、容量素子７０７の他方の主ノードには、電圧ＶＲＥＦが供給されている。

トランジスタ７０３の制御ノードには、タイミングジェネレータから信号φＢＩＡＳ＿Ｈが供給される。トランジスタ７０５は、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳが供給される。

差動増幅器７０６が出力する信号が、ランプ信号供給部６０５が出力するランプ信号ＶＲＡＭＰである。

図１０は、本実施例の撮像装置の動作を示した図である。

時刻Ｔ２１に、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳ、信号φＴＸをＨレベルとする。これにより、図３に示す光電変換部３０１の電荷のリセットが開始される。時刻Ｔ２１においては、タイミングジェネレータは信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルとし、ランプ信号ＶＲＡＭＰをリセットしている。

時刻Ｔ２２に、垂直走査部２４０は信号φＲＥＳ、信号φＴＸをＬレベルとする。これにより、光電変換部３０１の電荷のリセットが解除され、光電変換部３０１は入射光に基づく電荷の蓄積を開始する。

時刻Ｔ２３に、タイミングジェネレータは信号φＢＩＡＳ＿ＨをＨレベルとする。そして、時刻Ｔ２４に、タイミングジェネレータは信号φＢＩＡＳ＿ＨをＬレベルとする。これにより、容量素子７０８は、電流源７０１とトランジスタ７０２とで構成されるカレントミラー回路から出力される電圧を保持する。

時刻Ｔ２５に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳをＨレベルとする。これにより、図３に示した浮遊拡散部３０２の電荷のリセットが開始される。また、垂直走査部２４０は信号φＳＥＬをＨレベルとする。

時刻Ｔ２６に、垂直走査部２４０は、信号φＲＥＳをＬレベルとする。これにより、浮遊拡散部３０２の電荷のリセットが解除される。これにより、画素２００はＮ信号を図６に示した増幅器２０２に出力する。増幅器２０２は、Ｎ信号を増幅した増幅Ｎ信号を比較器６０４に出力する。

時刻Ｔ２７に、タイミングジェネレータは信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位が、時間に依存して変化する。このランプ信号ＶＲＡＭＰが、増幅Ｎ信号のＡＤ変換に用いる第１の参照信号である。時刻Ｔ２７は、第１の参照信号の初期値が確定するタイミングである。また、カウンタ６０７はクロック信号を計数したカウント信号を各列の記憶部６０８に出力する。比較器６０４は、増幅器２０２が出力する増幅Ｎ信号の電位と、時間に依存して電位が変化するランプ信号ＶＲＡＭＰの電位とを比較した結果を示す比較結果信号を記憶部６０８に出力する。増幅Ｎ信号の電位とランプ信号ＶＲＡＭＰの電位との大小関係が逆転すると、比較結果信号の信号値が変化する。記憶部６０８は、比較結果信号の信号値が変化した時のカウント信号を保持する。この記憶部６０８が保持したカウント信号が、増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号である。増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号は、ノイズ信号に基づく信号である。

時刻Ｔ２８にタイミングジェネレータは、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルとする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位がリセットされる。また、垂直走査部２４０は信号φＴＸをＨレベルとする。これにより、図３に示した光電変換部３０１が蓄積した電荷が、トランジスタ３０５を介して浮遊拡散部３０２に転送される。

時刻Ｔ２９に垂直走査部２４０は、信号φＴＸをＬレベルとする。これにより、光電変換部３０１が蓄積した電荷の浮遊拡散部３０２への転送が終了する。画素２００は、増幅器２０２にＳ信号を出力する。増幅器２０２は、Ｓ信号を増幅した増幅Ｓ信号を比較器６０４に出力する。

時刻Ｔ３０に、タイミングジェネレータは信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＬレベルとする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位が、時間に依存して変化する。このランプ信号ＶＲＡＭＰが、増幅Ｓ信号のＡＤ変換に用いる第２の参照信号である。時刻Ｔ３０は、第２の参照信号の初期値が確定するタイミングである。先の増幅Ｎ信号と同様の比較器６０４、カウンタ６０７、記憶部６０８の動作によって、記憶部６０８は増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号を保持する。増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号は、光電変換信号に基づく信号である。

本実施例の撮像装置は、タイミングジェネレータが信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳをＨレベルからＬレベルとするタイミングに、スイッチ部１２がスイッチング動作を停止する。つまり、本実施例の光電変換信号の処理に関わる期間とは、タイミングジェネレータが、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位を、時間に依存した電位の変化を開始する電位に設定する期間である。図１０に示すように、時刻Ｔ２６から時刻Ｔ２７を包含する期間である、時刻ＴＧＳ１から時刻ＴＧＥ１までの期間、タイミング制御部５０はタイミング信号ＴＩＭをＨレベルとする。これにより、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳがＨレベルからＬレベルとなる時刻Ｔ２７に、スイッチ部１２はスイッチング動作を停止する。同様に、時刻Ｔ３０を挟む期間である、時刻ＴＧＳ２から時刻ＴＧＥ２までの期間、タイミング制御部５０はタイミング信号ＴＩＭをＨレベルとする。これにより、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳがＨレベルからＬレベルとなる時刻Ｔ３０に、スイッチ部１２はスイッチング動作を停止する。

信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳがＨレベルからＬレベルとなる時刻Ｔ２７、時刻Ｔ３０にスイッチ部１２がスイッチング動作を行うと、スイッチング動作によるノイズが、容量素子７０７が保持する電荷量を変動させる。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰにスイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分が重畳される。従って、増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号、増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号に、スイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分が含まれる。増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号と増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号とのそれぞれに含まれるスイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分が異なる場合がある。この場合には、増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号から増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号を差し引いても、スイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分を精度よく差し引くことができない。従って、撮像素子４０が出力する信号を用いて生成する画像において、横筋状の縞が生じるため画質が低下する。

一方、本実施例の撮像装置は、信号φＲＡＭＰ＿ＲＥＳがＨレベルからＬレベルとなるタイミングにおいて、スイッチ部１２がスイッチング動作を行わないようにする。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰに、スイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分が重畳されにくくなる。これにより、増幅Ｎ信号に基づくデジタル信号と増幅Ｓ信号に基づくデジタル信号とのそれぞれにおいて、スイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分が重畳されにくくなる。この場合には、光電変換信号の処理に関わる期間とは、ランプ信号ＶＲＡＭＰが電位の変化を行っている期間である。

尚、本実施例は、タイミング制御部５０がタイミング信号ＴＩＭをＬレベルとするタイミングを、時刻Ｔ２８よりも前としたが、ランプ信号ＶＲＡＭＰが時間に依存した電位の変化を終了する時刻Ｔ２８の後としてもよい。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰが時間に依存して電位が変化する期間、スイッチ部１２がスイッチング動作を行わない。これにより、ランプ信号ＶＲＡＭＰに、スイッチ部１２のスイッチング動作によるオフセット成分が重畳されにくくなる。

尚、本実施例においても、実施例１で述べたように、信号φＴＸをＨレベルとする期間に、スイッチ部１２のスイッチング動作を行わないようにしても良い。

尚、本実施例では、カウンタ６０７が複数列の記憶部６０８にカウント信号を共通に供給していた。他の例として、複数列のカウンタ６０７の各々が、比較器６０４の各列に対応して設けられていてもよい。

本実施例の撮像装置は、本実施例の光電変換信号の処理に関わる期間の一例として、タイミングジェネレータが、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位を、時間に依存した電位の変化を開始する電位に設定する期間に、スイッチ部１２のスイッチング動作を行わない。さらに、本実施例の撮像装置は、光電変換信号に基づく信号を、ランプ信号ＶＲＡＭＰが時間に依存した電位の変化を行っている期間の全体において、スイッチ部１２のスイッチング動作を停止させても良い。この場合には、スイッチ部１２のスイッチング動作による、ランプ信号ＶＲＡＭＰの電位の変動を抑制することができる。本実施例の撮像装置のスイッチ部１２のスイッチング動作を行わない期間は、光電変換信号に基づく信号のデジタル信号を得る期間とすることができる。

（実施例４）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。

図１１は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。図１１においては、図１の撮像装置と同じ機能を有する要素については、図１で付した符号と同じ符号を図１１にも付している。

本実施例の撮像装置は、撮像素子４０が設けられた半導体基板とは別の半導体基板に設けられた信号処理ＩＣ７０を有する。信号処理ＩＣ７０は、撮像素子４０が出力する光電変換信号に基づく信号を用いて画像を生成する。また、本実施例の撮像装置は、第１の電圧供給部１０Ｂ、第２の電圧供給部１０Ａを有している。第１の電圧供給部１０Ｂは、整流／平滑化部１１Ｂ、スイッチ部１２Ｂ、誤差電圧検出部２０Ｂ、制御信号供給部２２Ｂ、スイッチ制御部２４Ｂを有する。また、整流／平滑化部１１Ｂは、インダクタ１３Ｂ、ダイオード１４Ｂ、容量素子１５Ｂを有する。また、第２の電圧供給部１０Ａは、整流／平滑化部１１Ａ、スイッチ部１２Ａ、誤差電圧検出部２０Ａ、制御信号供給部２２Ａ、スイッチ制御部２４Ａを有する。整流／平滑化部１１Ａは、インダクタ１３Ａ、ダイオード１４Ａ、容量素子１５Ａを有する。また、本実施例の電圧供給部１０Ｂ、１０Ｃはそれぞれ、電源部６０から入力される電源電圧を降圧した電圧をシリーズレギュレータ３０に出力する。

そして、本実施例の撮像装置は、第２の電圧供給部１０Ａから駆動電圧が供給される信号処理ＩＣ７０を有する。また、撮像素子４０の駆動電圧は、シリーズレギュレータ３０を介して、第１の電圧供給部１０Ｂから供給される。

本実施例では、タイミング制御部５０は、第２の電圧供給部１０Ａが有するスイッチ制御部２４Ａと第１の電圧供給部１０Ｂが有するスイッチ制御部２４Ｂとに対し、共通のタイミング信号ＴＩＭを出力する。従って、第２の電圧供給部１０Ａが有するスイッチ部１２Ａと、第１の電圧供給部１０Ｂが有するスイッチ部１２Ｂとがスイッチング動作を行わない期間は同じである。

第１の電圧供給部１０Ｂが有するスイッチ部１２Ｂがスイッチング動作を行わない期間は、先の実施例１〜３で述べた期間と同じとすることができる。

本実施例の撮像装置はスイッチ部１２Ａ、スイッチ部１２Ｂがスイッチング動作を行わない期間を同じとしている。これにより、撮像素子４０の光電変換信号あるいは光電変換信号に基づく信号に含まれる、スイッチ部１２Ａ、スイッチ部１２Ｂのスイッチング動作によるノイズ成分を低減することができる。

また、信号処理ＩＣ７０が設けられた半導体基板と撮像素子４０が設けられた半導体基板とが近接して設けられている場合、信号処理ＩＣ７０の駆動電圧の変動によるノイズが撮像素子４０に伝搬し易い。このような場合においても、本実施例の撮像装置では、信号処理ＩＣ７０の内部での駆動電圧の変動を低減できるため、信号処理ＩＣ７０から撮像素子４０へのノイズの伝搬を低減することができる。

（実施例５）
本実施例の撮像装置について、実施例１と異なる点を中心に説明する。本実施例では、電圧供給部の構成が実施例１とは異なる。

図１２は、本実施例の撮像装置の構成を示した図である。図１２では、図１に示した撮像装置と同じ機能を有する要素については、図１で付した符号と同じ符号を図１２でも付している。

本実施例の電圧供給部１０Ｃは、整流／平滑化部１１Ｃ、誤差電圧検出部２０、制御信号供給部２２Ｃを有する。

整流／平滑化部１１Ｃは、インダクタ１３、ダイオード１４、容量素子１５、スイッチ部１２Ｃ、スイッチ部１２Ｄを有する。

本実施例の制御信号供給部２２Ｃは、スイッチ部１２Ｃのスイッチング動作を制御する。また、タイミング制御部５０は、スイッチ部１２Ｄに、スイッチ部１２Ｄのスイッチング動作を制御するタイミング信号ＴＩＭを出力する。

本実施例の電圧供給部１０Ｃは、スイッチ部１２Ｃは、制御信号供給部２２Ｃの信号に基づいて、スイッチング動作を行っている。一方、タイミング制御部５０は、実施例１〜３で述べたように、光電変換信号の生成あるいは光電変換信号の処理に関わる期間、タイミング信号ＴＩＭをＨレベルとする。このＨレベルのタイミング信号ＴＩＭが入力されたスイッチ部１２Ｄは導通状態となる。これにより、スイッチ部１２Ｃがスイッチング動作を行っても、スイッチ部１２Ｄが導通状態であるため、スイッチ部１２Ｃがスイッチング動作を行っても容量素子１５の充電と放電との切り替えを行わない。この容量素子１５の充電と放電との切り替えを行わない期間は、実施例１〜３のタイミング信号ＴＩＭがＨレベルである期間と同じとすることができる。これにより、本実施例の撮像装置においても、実施例１〜３で述べた撮像装置と同様の効果を得ることができる。

尚、本明細書の各実施例では、電圧供給部１０、１０Ｂ、１０Ｃが出力する駆動電圧を整流および平滑化するため、シリーズレギュレータ３０を介して撮像素子４０に供給されていた。本明細書の各実施例はこの例に限定されるものではなく、電圧供給部１０、１０Ｂ、１０Ｃが出力する駆動電圧が直接、撮像素子４０に供給されるようにしても良い。

なお、本発明を実施するための形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０ 電圧供給部
１１ 整流／平滑化部
１２ スイッチ部
１３ インダクタ
１４ ダイオード
１５ 容量素子
２４ スイッチ制御部
４０ 撮像素子
５０ タイミング制御部

Claims (9)

1. 入射光を光電変換することで生じる電荷に基づいて光電変換信号を生成する画素を有する撮像素子と、
   前記撮像素子に駆動電圧を供給する電圧供給部と、
   前記電圧供給部の動作を制御する制御部とを有する撮像装置であって、
   前記電圧供給部は、容量素子と、前記容量素子の充電と放電とを切り替えるスイッチング動作を行うスイッチ部とを有し、
   前記電圧供給部は、前記スイッチ部のスイッチング動作によって、前記駆動電圧を生成し、
   前記制御部は、前記撮像素子が光電変換信号の生成に関わる期間あるいは光電変換信号の処理に関わる期間に、前記スイッチ部のスイッチング動作を行わないように制御することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像装置は、前記撮像素子が前記光電変換信号の生成に関わる期間あるいは前記光電変換信号の処理に関わる期間を示すタイミング信号を前記制御部に出力するタイミング制御部をさらに有し、
   前記制御部は、前記タイミング信号に基づいて、前記スイッチ部の前記スイッチング動作を行わないように制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記画素が、前記光電変換を行うことで前記電荷を生成する光電変換部と、
   前記光電変換部から前記電荷が転送される浮遊拡散部と、
   前記浮遊拡散部に転送された前記電荷に基づいて、前記光電変換信号を出力する画素出力部と、
   を有し、
   前記光電変換信号の生成に関わる期間が、前記光電変換部から前記浮遊拡散部に前記電荷を転送する期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記撮像素子が、前記光電変換信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに有し、
   前記ＡＤ変換部は、時間に依存して電位が変化するランプ信号を生成するランプ信号供給部と、前記ランプ信号と前記光電変換信号との信号レベルを比較した比較結果信号を生成する比較器と、クロック信号を計数したカウント信号を生成するカウンタとを有し、
   前記光電変換信号の処理に関わる期間が、前記ランプ信号の電位を、時間に依存した電位の変化を開始する電位に設定する期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子が、前記光電変換信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部をさらに有し、
   前記ＡＤ変換部は、時間に依存して電位が変化するランプ信号を生成するランプ信号供給部と、前記ランプ信号と前記光電変換信号との信号レベルを比較した比較結果信号を生成する比較器と、クロック信号を計数したカウント信号を生成するカウンタとを有し、
   前記光電変換信号の処理に関わる期間が、前記ランプ信号供給部が前記ランプ信号の電位が変化する期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
6. 前記ランプ信号の電位を、時間に依存した電位の変化を開始する電位に設定する期間に、前記スイッチ部のスイッチング動作をさらに行わないように制御することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. さらに前記撮像装置が、前記撮像素子が出力する信号を処理して画像を生成する信号処理ＩＣと、前記信号処理ＩＣに駆動電圧を供給する第２の電圧供給部とを有し、
   前記第２の電圧供給部は、第２の容量素子と、前記第２の容量素子の充電と放電とを切り替えるスイッチング動作を行う第２のスイッチ部とを有し、
   前記第２の電圧供給部は、前記第２のスイッチ部の前記スイッチング動作によって、前記信号処理ＩＣに供給する前記駆動電圧を生成し、
   前記制御部が、前記スイッチ部の前記スイッチング動作を行わないように制御する期間に、前記第２のスイッチ部の前記スイッチング動作を行わないように制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 入射光を光電変換することで生じる電荷に基づいて光電変換信号を生成する画素を有する撮像素子と、
   前記撮像素子に駆動電圧を供給する電圧供給部とを有し、
   前記電圧供給部が容量素子を有する撮像装置の駆動方法であって、
   前記電圧供給部は、前記容量素子の充電と放電とを切り替えることによって、前記駆動電圧を生成し、
   前記撮像素子が前記光電変換信号の生成に関わる期間あるいは前記光電変換信号の処理に関わる期間に、前記容量素子の充電と放電との切り替えを行わないように制御することを特徴とする撮像装置の駆動方法。
9. 前記電圧供給部は前記容量素子の充電と放電とを切り替えるスイッチング動作を行うスイッチ部をさらに有し、
   前記撮像素子が前記光電変換信号の生成に関わる期間あるいは前記光電変換信号の処理に関わる期間に、前記スイッチ部の前記スイッチング動作を行わないように制御することによって、前記容量素子の充電と放電との切り替えを行わないように制御することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置の駆動方法。
   

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