固体图像传感装置和图像传感系统的制作方法

专利名称：固体图像传感装置和图像传感系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体图像传感装置和一种图像传感系统，更具体 地涉及一种可以拍摄运动图像和静止图像的固体图像传感装置、以及 具有该固体图像传感装置的图像传感系统。
背景技术：
目前，采用既可以拍摄静止图像又可以拍摄运动图像的固体图像 传感装置的数字相机已经相当普遍。为了满足拍摄高图像质量/高分 辨率的静止图像的需求，在拍摄静止图像的过程中所读出的像素信息 在数量上必需大于在拍摄运动图像的过程中所读出的像素信息。尽管 拍摄运动图像所需的像素数小于拍摄静止图像所需的像素数，但是在
每一秒内必须要记录特定数量的帧数(例如，根据NTSC标准是每 秒30帧)。为此，拍摄运动图像一般要消耗相对大量的功率。为了 解决这个问题，有一种通过在从固体图像传感装置中读出像素时进行 疏化(thinning)或者在运动图像拍摄模式中降低读出时钟频率 (clock rate)来降低功耗的方法(日本专利早期公开No. 2OO4-158958)。
但是，在运动图像读出(拍摄运动图像)的过程中要读出的像素 数由读出标准指定，所以疏化率(thinning rate)不能背离此读出标 准。如果在运动图像读出的过程中降低时钟频率，就必需提供用于产 生静止图像读出时钟的振荡器和用于产生运动图像读出时钟的振荡 器。另外还必需提供复杂的电路，以防止在频繁切换时所产生的问 题
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，本发明的目的在于在例如运动图 像拍摄模式和静止图像拍摄模式之间不改变时钟频率的情况下降低在 运动图像拍摄模式中的功耗。
根据本发明的第一方面，提供了一种可以拍摄运动图像和静止图
像的固体图像传感装置，该固体图像传感装置包括第一读出电路，
该第一读出电路被配置为从包含多个像素的像素阵列中读出信号；信
号保持单元，该信号保持单元被配置为保持从所述第一读出电路中读
出的所述信号；第二读出电路，该第二读出电路被配置为将保持在所
述信号保持单元中的所述信号读出；电流控制单元，该电流控制单元
被配置为当所述第一读出电路读出所述信号时控制流过所述第一读出
电路中的至少部分的电流，其中，所述电流控制单元控制在运动图像
拍摄模式中流过所述第 一读出电路中的至少部分的电流使其小于在静
止图像拍摄模式中流过所述第 一读出电路中的所述至少部分的电流。
根据本发明的第二方面，提供了一种可以拍摄运动图像和静止图
像的固体图像传感装置，该固体图像传感装置包括包含多个像素的
像素阵列；垂直扫描电路，该垂直扫描电路被配置为选择所述像素阵
列中的行；水平扫描电路，该水平扫描电路被配置为选择所述像素阵
列中的列；多个第一放大电路，所述多个第一放大电路被配置为放大
来自所述像素阵列的信号；多个恒流源，所述多个恒流源被配置为确
定流过所述多个第一放大电路的电流；多个信号保持单元，所述多个 信号保持单元被配置为保持来自所述多个第一放大电路的信号；多个
开关，所述多个开关被配置为根据从所述水平扫描电路中发出的信号 对保持在所述多个信号保持单元中的所述信号进行传送；第二放大电 路，所述第二放大电路被配置为对由所述多个开关传送的所述信号进 行放大并输出放大后的信号；和电流控制单元，所述电流控制单元被 配置为控制流过所述多个恒流源的电流，其中，所述电流控制单元控 制在运动图像拍摄模式中流过每一个所述恒流源的电流使其小于在静 止图像拍摄模式中流过每一个所述恒流源的电流，从而使得每一个所 述第 一放大电路在运动图像拍摄模式中比在静止图像拍摄模式中以更低的驱动能力工作。
根据本发明的第三方面，提供了一种可以拍摄运动图像和静止图
像的固体图像传感装置，该固体图像传感装置包括包含多个像素的 像素阵列；垂直扫描电路，该垂直扫描电路被配置为选择所述像素阵 列中的行；水平扫描电路，该水平扫描电路被配置为选择所述像素阵 列中的列；多条列信号线，来自所述像素阵列的信号输出到所述多条 列信号线；多个恒流源，每一个恒流源都被连接在地和所述多条列信 号线中的相应的一条列信号线之间；和电流控制单元，所述电流控制 单元被配置为控制流过所述多个恒流源的电流，其中，所述电流控制 单元控制在运动图像拍摄模式中流过每一个所述恒流源的电流使其小 于在静止图像拍摄模式中流过每一个所述恒流源的电流。
根据本发明的第四方面，提供了一种可以拍摄运动图像和静止图 像的固体图像传感装置，该固体图像传感装置包括包含多个像素的 像素阵列；垂直扫描电路，该垂直扫描电路被配置为选择所述像素阵 列中的行；水平扫描电路，该水平扫描电路被配置为选择所述像素阵 列中的列；多条列信号线，来自所述像素阵列的信号输出到所述多条 列信号线；多个第一放大单元，所述多个第一放大单元被配置为对从 所述像素阵列输出到所述多条列信号线的所述信号进行放大；多个信 号保持单元，所述多个信号保持单元被配置为保持来自所述多个第一 放大单元的所述信号；多个开关，所述多个开关根据从所述水平扫描 电路中发出的信号对保持在所述多个信号保持单元中的所述信号进行 传送；第二放大单元，所述第二放大单元被配置为对由所述多个开关 传送的所述信号进行放大并输出放大后的信号；多个旁路路径，所述 多个旁路路径被配置为在所述多条列信号线和所述多个信号保持单元 之间绕开所述多个第一放大单元；和控制单元，该控制单元被配置 为在运动图像拍摄模式中，去激活所述第一放大单元并通过所述旁 路路径绕开所述第一放大单元；在静止图像拍摄模式中，激活所述第 一放大单元并断开所述旁路路径。
根据本发明的第五个方面，提供了一种图像传感系统，该图像传感系统包括如上所述的固体图像传感装置；和信号处理单元，该信 号处理单元被配置为对从所述固体图像传感装置输出的信号执行处 理。
根据本发明，可以在例如运动图像拍摄模式和静止图像拍摄模式 之间不改变时钟频率的情况下降低运动图像拍摄模式中的功耗。
通过以下结合附图对本发明的示例实施例进行的描述，本发明的 其它特征将变得显而易见。


图l是示出根据本发明第一实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的框图2是示出图1中所示的固体图像传感装置的详细布置的实例的 电路图3是示出根据本发明第一实施例的固体图像传感装置的工作的 实例的时序图4是示出根据本发明第二实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的电路图5是示出根据本发明第二实施例的固体图像传感装置的工作的 实例的时序图6是示出根据本发明第三实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的电路图7是示出根据本发明第三实施例的固体图像传感装置的工作的 实例的时序图8是示出根据本发明第四实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的电路图9是示出根据本发明第四实施例的固体图像传感装置的工作的 实例的时序图10是示出根据本发明的优选实施例的图像传感系统的示意性 配置的框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行描述。
根据本发明的优选实施例的固体图像传感装置可以拍摄运动图像 和静止图像。该固体图像传感装置可以被合适地安装在数字相机内， 用于将目标图像拍摄为电信号，从而将该图像记录在存储器介质中， 将该图像显示在显示装置上(如液晶显示装置)，或者将该图像传输 到其它装置。
图1是根据本发明第一实施例的固体图像传感装置的示意性布置
的框图。该固体图像传感装置包括像素阵列A;垂直扫描电路 104;第一读出电路(列读出电路)120;信号保持单元107;开关 109;水平扫描电路108;第二读出电路130;和电流控制单元112。
像素阵列A是通过将多个像素单元101以二维的方式排列成多 行和多列来形成的。为了简单描述起见，图1中的像素阵列A由3x3 个像素单元101形成。但是，像素阵列A的布置并不特别限于此。
第一读出电路120从像素阵列A读出信号，并且可以包括例 如，列信号线102、第一放大单元106和恒流源105。信号保持单元 107保持从第一读出电路120读出的信号。第二读出电路130通过开 关109读出保持在信号保持单元107中的信号，并且可以包括例 如，第二放大单元110。可以为每隔一列或每隔多列设置第一放大单 元106和信号保持单元107。
垂直扫描电路104通常包括移位寄存器并选择像素阵列A中的 行。水平扫描电路108通常包括移位寄存器并选择像素阵列A中的 列。在本例中，可以通过选择性地激活开关109来选择像素阵列A 中的列，从而将信号从信号保持单元107传送到第二读出电路130。
在第一读出电路120读出信号时，电流控制单元112控制流过第 一读出电路120中的至少部分的电流。电流控制单元112控制在运动 图像拍摄模式中流过第一读出电路120中的所述至少部分的电流小于 在静止图像拍摄模式中流过第 一读出电路120中的所述至少部分的电流。
在根据本实施例的固体图像传感装置中，第二读出电路130 (第 二放大单元110)在运动图像拍摄和静止图像拍摄的过程中以相同的 对钟频率输出图4象信号。
图2是示出像素单元101、第一放大单元106 (第一读出电路 120)、信号保持单元107和电流控制单元112的详细布置的实例的 电路图。图3是示出图l和图2所示的固体图像装置的工作的实例的 时序图。
像素单元101可以包括例如，光电二极管(光电转换单元) 201、传送晶体管202、放大晶体管(源极跟随晶体管(source follower transistor) ) 203、复位晶体管204和选择晶体管205。在 光电二极管201中通过光电转换所产生的电荷通过传送晶体管202传 送至浮动扩散器(floating diffusion)(以下称为FD ) 217。根据该 电荷确定FD 217的电位。FD 217是与放大晶体管203的栅极共用的 节点。基于被传送至FD 217的电荷的信号通过放大晶体管203放大 并通过选择晶体管205输出至列信号线102。列信号线102与恒流源 105相连，从而形成源极跟随电路(source follower circuit)。
第一放大单元106可以包括例如，箝位电容206、反相放大器 207、反馈电容208和箝位开关209。列信号线102与第一放大单元 106中的箝位电容206的一端相连。反馈电容208和箝位开关209并 联在反相放大器207的输入端和输出端之间。
第一放大单元106 (第一读出电路120)的输出端与信号保持单 元107相连。信号保持单元107可以包括例如，开关211、 212和 保持电容213、 214。保持电容213和214优选具有相同的电容值。 第一放大单元106 (第一读出电路120)的输出端分别通过开关211 和212连接到保持电容213和214。
通过根据从水平扫描电路108发出的脉沖PH接通列选择开关 215和216来将保持在保持电容213和214的信号传送至第二放大单 元110 (第二读出电路130)。保持电容213和214分别保持N输出和S输出。第二放大单元110将N输出和S输出之间的差放大。这 种运算被称为CDS (相关双采样(correlated double sampling))运 算。
结合图3对固体图像传感装置的工作进行说明。当T-tl时，输 入到选择晶体管205的栅极的选择信号PSEL变为高电平。从而，放 大晶体管203被激活。在此状态下，FD 217被复位电压SVDD复 位。
当T = t2时，箝位脉冲PC0R变为高电平。然后，反相放大器 207进入单位增益緩沖状态(unity gain buffer state)并输出电压 VCOR。
当T = t3时，输入至复位晶体管204的栅极的复位信号PRES变 为低电平。然后，FD 217的电位被固定在黑信号电平，并且确定列 信号线102的参考电压VN。
当T-t4时，箝位脉冲PCOR变为低电平，然后列信号线102的 参考电压VN被箝位。
当T = t5时，脉冲PTN变为高电平。然后，信号保持单元107 中的开关211被接通，从而开始将电压VCOR和反相放大器207的 偏置电压之和写入到保持电容213。当T-t6时，该写入过程结束。
当T = t7时，输入至像素单元101中的传送晶体管202的栅极的 传送脉冲PTX变为高电平。然后，光电二极管201的信号电荷被传 送至FD 217。此传送在T-t8之前完成。当T-t9时，脉冲PTS变 为高电平。然后，信号保持单元107中的开关212被接通，从而将信 号写入到保持电容214。
当传送脉沖PTX被激活至高电平时，列信号线102的电位由 VN变为VS。如果信号电荷是电子，则VS<VN。将通过对电压改变 量(VS-VN)按照箝位电容(CO) 206和反馈电容(Cf) 208之间的比率 (CO/Cf)反相而得到的电压、电压VCOR和反相放大器207的偏置电 压相加。将这些电压之和通过信号保持单元107中的开关211写入到 保持电容214。当T410时，该写入过程结束。当T=tll时，复位信号PRES变为高电平。然后，^像素单元101 中的复位晶体管204被接通以复位FD 217。同时，选择信号PSEL 变为低电平，从而断开选择晶体管205。通过本操作，取消对行的选 择。
当T-tl2时，根据从水平扫描电路108发出的脉冲PH接通列选 择开关215和216。第二放大单元110计算N输出和S输出之间的 差，并输出图像信号。当T=tl3时，本操作结束，各列上的信号与 脉冲PH同步地依次输出。
在本实施例中，除电流控制单元112控制流过第一读出电路120 中的至少部分的电流之外，在运动图像拍摄模式与静止图像拍摄模式 之间没有差异。为此，与脉冲PH同步的从第二放大单元IIO输出的 图像信号的时钟频率在运动图像拍摄模式和静止图像拍摄模式中保持 相同。通常，在使该时钟频率在运动图像拍摄模式和静止图像拍摄模 式之间不同时，需要在运动图像拍摄模式和静止图像拍摄模式之间切 换的石英晶体振荡器。但是，该方法需要复杂的频率切换操作，从而 导致部件的数量增加。
在本实施例中，电流控制单元112控制在运动图像拍摄模式中流 过第一读出电路120中的至少部分(本实施例中的第一放大单元 106)的电流小于在静止图像拍摄模式中流过第一读出电路120中的 所述至少部分的电流。
更具体地说，在本实施例中，假设在静止图像拍摄模式中流过第 一放大单元106的电流的量值是II，在运动图像拍摄模式中流过第 一放大单元106的电流的量值是I2，则11>12。
电流控制单元112控制第一放大单元106中的恒流晶体管218的 栅极电压，以控制流过恒流晶体管218的电流，即，流过第一放大单 元106的电流。电流控制单元112可以包括例如，晶体管112a， 其栅极与漏极彼此相连，并且，晶体管112a的栅极可以与恒流晶体 管218的栅极相连。在此布置中，恒流晶体管218被偏置，使得与流 过晶体管112a的电流的量值相等的电流流过恒流晶体管218。这种布置被称为电流镜电路(current mirror circuit)。
这样确定值II，使得在时刻t9和时刻t10之间的期间内可以充 分地将信号电压写入到保持电容213和214。根据下述值确定所需的 写入时间例如，保持电容213和214的电容值；开关211和212在 接通(ON)状态时的电阻；以及反相放大器207的输出阻抗和反相 增益。然而，反相放大器207的驱动能力基本上可以通过改变流过反 相放大器207的恒流晶体管218的尾电流(tail current)来改变。这 样可以改变将信号电压写入到保持电容213和214所花费的时间。
假设通过耗费无限长的时间将信号电压写入到保持电容213和 214中的每 一 个的级别是100 % 。假设t是时间常数， (l-exp(5" = 0.993 ，即，在5t的时间内可以写入99.3%。在静止图4象拍 摄模式中，这样确定流过第一放大单元106的电流的量值II，使得 对应于例如5t的级别进行写入。这样就可以充分地将信号电压写入 到保持电容213和214，从而获得高质量的输出图像。
在运动图^4白才聂模式中，这样确定流过第一放大单元106的电流 的量值12，使得写入的信号电压被降低到对应于4t的级别，即， (l-exp(4z0 = 0.982 ( 98.2%)。在运动图像拍摄模式中，由于流过第一 放大单元106的电流减少，第一放大单元106的输出振幅略微减少， 而无法将充分的电压写入到保持电容213和214。这些因素可以导致 噪声增加。然而，这并不会造成严重的问题，因为连续观看多幅图像 的运动图像的可允许的噪声电平范围比静止图像的可允许的噪声电平 范围要宽。
也就是说，即使在运动图像拍摄模式中的写入电压低于在静止图 像拍摄模式中的写入电压，在视觉上图像质量也没有明显降低。图3 中的信号波形VN和VS示意性地示出这些状态。静止图像拍摄模式 用实线表示，运动图像拍摄模式用虛线表示。
相反地，当在运动图像拍摄模式中的电流消耗被抑制为相对较小 时，图像质量得到改善。将参考电流设置为满足12<11，可以大大地 减少每一个第一放大单元106(例如，每一列)的电流消耗。以采用总4象素数大于10,000,000的数字相才几为例。如果列数超过4,000且每列 的电流消耗减少了 5 nA,则总电流消耗可以减少了 20 mA。假设电 源电压是5 V，则总功耗可以减少了 100 mW。由该数量的功耗产生 的热会明显改变图像质量。
特别是当在拍摄运动图像的同时拍摄静止图像时，或者在所谓的 实时取景(Live View)摄影的时候，运动图像拍摄模式即时切换为 静止图像拍摄模式，在实时取景摄影中，在摄影者观看电子取景器中 的运动图像的同时拍摄静止图像。为此，在运动图像拍摄模式中所产 生的热消退之前拍摄静止图像。这很可能会显著地劣化静止图像的质 量，因为由于在运动图像拍摄模式中所产生的热而导致的随机噪声对 在静止图像拍摄模式中拍摄静止图像有巨大的负面影响。因此，减少 运动图像拍摄模式中的电流消耗可以改善静止图像的质量。
根据本实施例，由于时钟频率保持相同，所以，还可以在运动图 像拍摄模式和静止图像拍摄模式之间进行平稳的切换。
图4是示出根据本发明第二实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的电路图。在第二实施例的布置中没有特别指出的细节与笫一实 施例中相同。第二实施例与第一实施例的不同之处在于电流控制单元 112控制与列信号线102相连的恒流源105。假设13为在静止图像拍 摄模式中流过恒流源105的电流的量值，14为在运动图像拍摄模式 中流过恒流源105的电流的量值，则13>14。
图5是示出根据第二实施例的固体图像传感装置的工作的实例的 时序图。根据第二实施例的固体图像传感装置的基本工作情况与图3 所示的第一实施例的固体图像传感装置的基本工作情况相同。图5与 图3所示的时序图的不同之处在于电压VN的不同。在第一实施例 中，在运动图像拍摄模式中的电压VN和VS 二者的写入速度都比在 静止图像拍摄模式中的电压VN和VS 二者的写入速度慢。在第二实 施例中，在运动图像拍摄模式中的流过列信号线102的电流比在静止 图像拍摄模式中的流过列信号线102的电流小。由于在电压VN的写 入过程中列信号线102的电压的变化非常小，所以第一放大单元106决定将电压写入到保持电容213的速度。这就防止了写入速度的下 降。相反，与第一实施例类似，在运动图像拍摄模式中电压VS的写 入速度下降，这可以从图5中的点线所示的电压VS的变化中看出。 这是因为箝位电容(C0)206的充电/放电速度下降的缘故。然而，这并 不会造成严重的问题，因为连续观看多幅图像的运动图像的可允许的 噪声电平范围比静止图像的可允许的噪声电平范围要宽，如第一实施 例中所述。与第一实施例一样，减少运动图像拍摄模式中的列信号线 的电流消耗可以改善静止图像拍摄模式中的图像质量。
通过结合第一实施例和第二实施例，电流控制单元112可以控制 在运动图像拍摄模式中流过第一放大单元106和恒流源105的两个电 流小于在静止图像拍摄模式中流过第一放大单元106和恒流源105的 两个电;充。
图6是示出根据本发明第三实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的电路图。在第三实施例的布置中没有特别指出的细节与第一实 施例中相同。
在第三实施例中，用于绕开第一放大单元106的旁路路径610附 加地连接在列信号线102和信号保持单元107之间，并且，晶体管 602附加地插入在反相放大器207中。在第三实施例中，提供了电流 控制单元603代替电流控制单元112。在运动图像拍摄模式中，电流 控制单元603去激活第一放大单元106，并且通过旁路路径610绕开 第一放大单元106。在静止图像拍摄模式中，电流控制单元603激活 第一放大单元106并断开旁路路径610。
在电流控制单元603的控制下，通过激活晶体管602来激活第一 放大单元106，通过去激活晶体管602来去激活第一放大单元106。 通过激活插入在旁路路径610中的晶体管601来激活旁路路径610， 然后通过旁路路径610绕开第一放大单元106。通过去激活晶体管 601来断开旁路路径610。本操作由电流控制单元603控制。
图7是示出根据第三实施例固体图像传感装置的工作的实例的时 序图。参照图7，在静止图像拍摄模式中的工作用实线表示，在运动图像拍摄模式中的工作用虚线表示。
根据第三实施例的固体图像传感装置的基本工作情况与图3所示 的第一实施例的固体图像传感装置的基本工作情况相同。模式信号 PMS和/PMS由电流控制单元603产生。模式信号/PMS通过对模式 信号PMS进行反相而获得。模式信号PMS在静止图像拍摄模式中 被设为低电平，而在运动图像拍摄模式中被设为高电平。
在静止图像拍摄模式，控制旁路路径610的晶体管601为断开 (OFF)状态，而控制反相放大器207的激活/去激活的晶体管602 为接通(ON)状态。因此，在静止图像拍摄模式，图6所示的固体 图像传感装置与图2所示的固体图像传感装置基本上以相同的方式工 作。
在运动图像拍摄模式，控制旁路路径610的晶体管601为接通 (ON)状态，而控制反相放大器207的激活/去激活的晶体管602为 断开(OFF)状态。因此，在运动图像拍摄模式，没有电流流过反相 放大器207，所以可以大大地减少电流消耗。通过接通晶体管601， 列信号线102与信号保持单元107直接相连。在运动图像拍摄模式， 由于没有使用反相放大器207，所以不使用脉冲PC0R。另外，在运 动图像拍摄模式，写入到保持电容213和214的信号没有通过反相放 大器207反相和放大。
下面解释在运动图像拍摄模式中的工作的例子。参照图7，当T =tl时，输入到选择晶体管205的栅极的选择信号PSEL变为高电 平。因此，放大晶体管203被激活。在此状态，FD 217 ,皮复位电压 SVDD复位。
当T-t3时，输入到复位晶体管204的栅极的复位信号PRES变 为低电平。然后，FD 217被固定在黑信号电平，并且，列信号线 102的参考电压VN被确定。
当T-t5时，脉冲PTS变为高电平。然后，信号保持单元107 的开关212被接通，以开始将参考信号VN写入到保持电容214。当 T = t6时，该写入过程结束。在本实施例中，在运动图像拍摄模式中，参考信号VN (N输出)被写入到保持电容214，并且，信号VS (S输出)被写入到保持电容213。
当T = t7时，输入到像素单元101中的传送晶体管202的栅极的 传送脉沖PTX变为高电平。然后，光电二极管201的信号电荷被传 送至FD 217。本传送过程在T = t8之前完成。当T = t9时，脉沖 PTN变为高电平。然后，信号保持单元107中的开关211被接通， 以开始将信号VS写入到保持电容213。
当传送脉沖PTX被激活至高电平时，列信号线102的电位由 VN变为VS。如果信号电荷是电子，则VS<VN。电压值VS被直接 写入到信号保持电容213。
当T-tlO时，该写入过程结束。当T-tll时，复位信号PRES 变为高电平。然后，像素单元101中的复位晶体管204被接通，以复 位FD 217。同时，选择信号PSEL变为低电平，以断开选择晶体管 205。通过本操作，取消行选择。
当T-tl2时，根据从水平扫描电路108发出的脉冲PH接通列 选择开关215和216。第二放大单元110计算N输出和S输出之间的 差，并输出图像信号。当T-tl3时，本操作结束，并且，各列上的 信号与脉冲ph同步地顺序输出。
在第三实施例中，在运动图像拍摄模式中，没有使用第一放大单 元，所以增益相对较低。为了解决该问题，第二放大单元110可以以 所需的增益放大图像信号。
根据第三实施例，可以大大地减少第 一放大电路在运动图像拍摄 模式中的电流消耗。另一方面，在不对电路做巨大改变的情况下，通 过为每一个第一读出电路提供两个开关可以实现根据第三实施例的布 置。
根据第三实施例的布置可以与根据第二实施例的布置一起使用。 图8是示出根据本发明第四实施例的固体图像传感装置的示意性 布置的电路图。图9是示出该固体图像传感装置的工作的实例的时序 图。第四实施例具有这样的布置，其中，相对于图4所示的根据第二实施例的固体图像传感装置，省略了第一放大单元106。
根据第一实施例至第四实施例，在没有改变运动图像拍摄模式和 静止图像拍摄模式中的时钟频率或读出速率的情况下，可以将运动图 像拍摄模式中的电流消耗减少至小于静止图像拍摄模式中的电流消
耗o
图10是示出根据本发明优选实施例的图像传感系统的示意性配 置的框图。该图像传感系统具有根据上述第 一 实施例至笫四实施例中 的每一个实施例的固体图像传感装置4，
通过透镜2在固体图像传感装置4的图像传感平面上形成光学目 标图像。既充当主开关又保护透镜2的挡板l可以设置在透镜2的外 面。可以给透镜2提供用于调节从透镜2发出的光量的光圏3。由图 像传感信号处理电路5对通过多条信道从固体图像传感装置4输出的 图像传感信号执行各种处理，例如校正和箝位。由A/D转换器6对 通过多条信道从图像传感信号处理电路5输出的图像传感信号进行 A/D转换。由信号处理单元7对从A/D转换器6输出的图像数据执 行各种处理，例如校正和数据压缩。固体图像传感装置4、图像传感 信号处理电路5、 A/D转换器6和信号处理单元7按照由定时发生单 元8所生成的时序信号工作。
框5至8和固体图像传感装置4可以形成在同一芯片上。整体控 制/算术处理单元9控制该图像传感系统的各个块。除这些块以外， 该图像传感系统还包括存储器单元10，用于临时存储图像数据； 和记录介质控制接口单元11，用于将图^^记录在记录介质中或从记 录介质中读出图像。可分离的记录介质12包括例如，半导体存储 器。该图像传感系统可以包括外部接口(I/F)单元13，例如，用于与 外部计算机通信。
下面解释图10所示的图像传感系统的工作。根据挡板1的打 开，主电源、控制系统的电源和图像传感系统电路例如A/D转换器6 的电源被依次接通。随后，整体控制/算术处理单元9将光圏3设置 在全口径状态，以控制啄光量。从固体图像传感装置4输出、的信号通过图像传感信号处理电路5发送至A/D转换器6。 A/D转换器6对该 信号进行A/D转换，然后将转换后的信号输出至信号处理单元7。信 号处理单元7对所接收到的信号进行处理并将处理后的信号发送到整 体控制/算术处理单元9。整体控制/算术处理单元9执行算术曝光量 确定处理。整体控制/算术处理单元9基于所确定的膝光量控制光圏 3。
整体控制/算术处理单元9从由固体图像传感装置4输出且被信 号处理单元7处理的信号中提取高频分量，并基于所述高频分量计算 到目标的距离。然后，整体控制/算术处理单元9驱动透镜2，以确定 该透镜的焦点是否对准。如果透镜2的焦点没有对准，则整体控制/ 算术处理单元9会重新驱动透镜2，并计算距离。
在确认透镜2的焦点对准后，启动最终膝光。在膝光结束后，由 图像传感信号处理电路5对从固体图像传感装置4输出的图像传感信 号执行各种处理，例如校正，由A/D转换器6对该图像传感信号进 行A/D转换，由信号处理单元7对该图像传感信号执行处理。经过 信号处理单元7处理的图像数据由整体控制/算术处理单元9累积在 存储器单元10中。
在整体控制/算术处理单元9的控制下，累积在存储器单元10中 的图像数据通过记录介质控制I/F单元11被记录在记录介质12中。 例如，图像数据也可以通过外部I/F单元13发送至计算机并由其处 理。
尽管已经参照示例实施例描述了本发明，但是，应当理解，本发 明并不限于所公开的示例实施例。下述权利要求的范围应该赋予最广 泛的解释，以便包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1. 一种可以拍摄运动图像和静止图像的固体图像传感装置，包括第一读出电路，该第一读出电路被配置为从包含多个像素的像素阵列中读出信号；信号保持单元，该信号保持单元被配置为保持从所述第一读出电路读出的信号；第二读出电路，该第二读出电路被配置为读出保持在所述信号保持单元中的信号；以及电流控制单元，该电流控制单元被配置为在所述第一读出电路读出信号时控制流过所述第一读出电路中的至少部分的电流，其中，所述电流控制单元控制在运动图像拍摄模式中流过所述第一读出电路中的所述至少部分的电流使其小于在静止图像拍摄模式中流过所述第一读出电路中的所述至少部分的电流。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一读出电路中的 所述至少部分包括放大单元。
3. 根据权利要求l所述的装置，其中所述第一读出电路包括列信号线，并通过所述列信号线从像素阵 列读出信号，以及所述第一读出电路中的所述至少部分包括所述列信号线。
4. 根据权利要求l所述的装置，其中所述第一读出电路包括放大单元和被配置为绕开所述放大单元的 旁路路径，以及所述电流控制单元在运动图像拍摄模式中去激活所述放大单元并 通过所述旁路路径绕开所述放大单元，在静止图像拍摄模式中激活所 述放大单元并断开所述旁路路径。
5. —种可以拍摄运动图像和静止图像的固体图像传感装置，包括包含多个像素的像素阵列；垂直扫描电路，该垂直扫描电路被配置为选择所述像素阵列中的行；水平扫描电路，该水平扫描电路被配置为选择所述像素阵列中的列；多个第一放大电路，所述多个第一放大电路被配置为放大来自所 述像素阵列的信号；多个恒流源，所述多个恒流源被配置为确定流过所述多个第一放 大电路的电流；多个信号保持单元，所述多个信号保持单元被配置为保持来自所 述多个第一放大电路的信号；多个开关，所述多个开关被配置为根据从所述水平扫描电路发出 的信号对保持在所述多个信号保持单元中的信号进行传送；第二放大电路，所述第二放大电路被配置为放大由所述多个开关 传送的信号并输出放大后的信号；和电流控制单元，所述电流控制单元被配置为控制流过所述多个恒 流源的电流，其中，所述电流控制单元控制在运动图像拍摄模式中流过每一个 所述恒流源的电流使其小于在静止图像拍摄模式中流过每一个所述恒 流源的电流，使得每一个所述第 一放大电路在运动图像拍摄模式中比 在静止图像拍摄模式中以更低的驱动能力工作。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中，每一个所述恒流源包括 第一晶体管，并且，所述电流控制单元通过控制所述第一晶体管的栅 极电压来控制电流。
7. 根据权利要求6的装置，其中所述电流控制单元包括第二晶体管，该第二晶体管的栅极和漏极 彼此相连，以及电流镜电路通过将每一个所述恒流源中的所述第一晶体管的栅极 连接到所述电流控制单元中的所述第二晶体管的栅极来形成。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中，每一个所述第一放大电 路都包括箝位电容，该箝位电容的一端被配置为接收来自输出线的信号， 该输出线被配置为输出来自所述像素阵列的信号；反相放大器，该反相放大器具有第一输入端、第二输入端和输出 端，其中，该第一输入端被配置为接收保持在所述箝位电容中的信 号，该第二输入端被配置为被施加参考电压，该输出端被配置为输出 参考电压和信号之间的差；反馈电容，该反馈电容连接在所述反相放大器中的所述第一输入 端和所述输出端之间；和箝位开关，该箝位开关被配置为连接所述反馈电容的两端。
9. 一种可以拍摄运动图像和静止图像的固体图像传感装置，包括:包含多个像素的像素阵列；垂直扫描电路，该垂直扫描电路被配置为选择所述像素阵列中的行；水平扫描电路，该水平扫描电路被配置为选择所述像素阵列中的列；多条列信号线，来自所述像素阵列的信号输出到所述多条列信号线；多个恒流源，每一个所述恒流源连接在地和所述多条列信号线中 的相应的一条列信号线之间；和电流控制单元，该电流控制单元被配置为控制流过所述多个恒流 源的电流，其中，所述电流控制单元控制在运动图像拍摄模式中流过每一个 所述恒流源的电流使其小于在静止图像拍摄模式中流过每一个所述恒 流源的电^危。
10. 根据权利要求9所迷的装置，所述装置还包括多个第一放大 单元，所述多个第一放大单元被配置为放大从所述像素阵列输出到所述多条列信号线的信号。
11. 根据权利要求10所述的装置，所述装置还包括 多个信号保持单元，所述多个信号保持单元被配置为保持来自所述多个第一放大单元的信号；多个开关，所述多个开关被配置为根据从所述水平扫描电路发出 的信号对保持在所述多个信号保持单元中的信号进行传送；和第二放大单元，所述第二放大单元被配置为放大由所述多个开关 传送的信号并输出放大后的信号。
12. 根据权利要求9所述的装置，所述装置还包括 多个信号保持单元，所述多个信号保持单元被配置为保持来自所述多条列信号线的信号；多个开关，所述多个开关被配置为才艮据从所述水平扫描电路发出 的信号对保持在所述多个信号保持单元中的信号进行传送；和放大单元，所述放大单元被配置为放大由所述多个开关传送的信 号并输出放大后的信号。
13. 根据权利要求9所述的装置，其中，每一个所述恒流源包括 第一晶体管，并且，所述电流控制单元通过控制所述第一晶体管的栅 极电压来控制电流。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中所述电流控制单元包括第二晶体管，该第二晶体管的栅极和漏极 彼此相连，以及电流镜电路通过将每一个所述恒流源中的所述第一晶体管的栅极 连接到所述电流控制单元中的所述第二晶体管的栅极来形成。
15. 根据权利要求10所述的装置，其中，每一个所述第一放大 单元都包括箝位电容，该箝位电容的一端连接到所述列信号线中的相应的一 条列信号线；反相放大器，该反相放大器具有第一输入端、第二输入端和输出 端，其中，该第一输入端被配置为接收保持在所述箝位电容中的信号，该第二输入端被配置为被施加参考电压，该输出端被配置为输出参考电压和信号之间的差；反馈电容，该反馈电容连接在所述反相放大器中的所述第一输入 端和所述输出端之间；和箝位开关，该箝位开关被配置为连接所述反馈电容的两端。
16. —种可以拍摄运动图像和静止图像的固体图像传感装置，包括包含多个像素的像素阵列；垂直扫描电路，该垂直扫描电路被配置为选择所述像素阵列中的行；水平扫描电路，该水平扫描电路被配置为选择所述像素阵列中的列；多条列信号线，来自所述像素阵列的信号输出到所述多条列信号线；多个第一放大单元，所述多个第一放大单元被配置为放大从所述 像素阵列输出到所述多条列信号线的信号；多个信号保持单元，所述多个信号保持单元被配置为保持来自所 述多个第一放大单元的信号；多个开关，所述多个开关被配置为根据从所述水平扫描电路发出 的信号对保持在所述多个信号保持单元中的信号进行传送；第二放大单元，所述第二放大单元被配置为放大由所述多个开关传送的信号并输出放大后的信号；多个旁路路径，所述多个旁路路径被配置为在所述多条列信号线和所述多个信号保持单元之间绕开所述多个第一放大单元；和控制单元，所述控制单元被配置为在运动图像拍摄模式中，去 激活所述第一放大单元并通过所述旁路路径绕开所述第一放大单元， 在静止图像拍摄模式中，激活所述第一放大单元并断开所述旁路路 径。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中，每一个所述第一放大单元都包括箝位电容，该箝位电容的一端连接到所述列信号线中的相应的一 条列信号线；反相放大器，该反相放大器具有第一输入端、第二输入端和输出 端，其中，该第一输入端被配置为接收保持在所述箝位电容中的信 号，该第二输入端净皮配置为被施加参考电压，该输出端,皮配置为输出 参考电压和信号之间的差；晶体管，该晶体管被配置为通过控制所述反相放大器的激活或去 激活来控制所述第 一放大单元中的相应的 一个第 一放大单元的激活或 去激活；反馈电容，该反馈电容连接在所述反相放大器中的所述第一输入端和所述输出端之间；和箝位开关，该籍位开关被配置为连接所述反馈电容的两端， 其中，所述控制单元通过接通所述晶体管来激活每一个所述第一放大单元，并且通过断开所述晶体管来去激活每一个所述第一放大单元。
18. —种图像传感系统，包括在权利要求1至17中的任意一个权利要求所限定的固体图像传 感装置；和信号处理单元，该信号处理单元被配置为对从所述固体图像传感 装置输出的信号执行处理。
全文摘要
本发明提供一种固体图像传感装置和一种图像传感系统。该固体图像传感装置包括第一读出电路，该第一读出电路被配置为从包含多个像素的像素阵列中读出信号；信号保持单元，该信号保持单元被配置为保持从所述第一读出电路读出的信号；第二读出电路，该第二读出电路被配置为读出保持在所述信号保持单元中的信号；以及电流控制单元，该电流控制单元被配置为在所述第一读出电路读出信号的同时控制流过所述第一读出电路中的至少部分的电流。所述电流控制单元控制在运动图像拍摄模式中流过所述第一读出电路中的至少部分的电流使其小于在静止图像拍摄模式中流过所述第一读出电路中的至少部分的电流。
文档编号H04N3/15GK101299797SQ20081009495
公开日2008年11月5日 申请日期2008年4月30日 优先权日2007年5月2日
发明者冲田彰, 樋山拓己, 藤村大 申请人:佳能株式会社