WO2018056051A1 - 撮像素子および撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to an imaging device, an imaging device operation method, an imaging device, and an electronic device, and more particularly, an imaging device, an imaging device operation method, an imaging device, and an imaging device that can improve response speed and measurement accuracy at low illuminance. It relates to electronic equipment.
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
- the photodiode generates a very small current, and the minute current is converted into a voltage.
- the voltage is converted with high accuracy due to variations in transistor manufacturing. For example, FPN (Fixed Pattern Noise) due to this may occur.
- the imaging device for vehicle use such as an image used for automatic driving of a vehicle or a mirror image such as a mirrorless vehicle does not function sufficiently.
- the present disclosure has been made in view of such a situation, and in particular, allows the image sensor to function with sufficient response speed and measurement accuracy even under low illumination.
- An imaging device includes a pixel including an array of photodiodes that accumulates electric charges according to the amount of incident light, a power supply unit connected to the photodiodes, and
- the image sensor includes an error detection unit that detects an output error of the power supply unit by comparing an output with a reference potential, and an illuminance detection unit that detects illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- the illuminance detection unit can determine the load current value of the logarithmic transistor based on the operating frequency of the error detection unit, and detect the illuminance according to the load current value.
- the power supply unit can be a DCDC power supply including a charge pump circuit or a switching regulator circuit.
- the illuminance detection unit may include a pulse counter that counts the pulse count of the pulse signal output from the error detection unit, and the error detection unit includes the charge pump circuit, or It can be an error amplifier in the switching regulator circuit, the error detection result of the output of the power supply unit is output as a pulse signal by comparing the output of the power supply unit and a reference potential, and the illuminance detection unit Based on the pulse count number, the operating frequency by PFM (Pulse ⁇ ⁇ ⁇ Frequency Modulation) control can be obtained and detected as the illuminance.
- PFM Pulse ⁇ ⁇ ⁇ Frequency Modulation
- a temperature measuring unit that measures the environmental temperature and a duty correction unit that switches the duty of the charge pump circuit and corrects the temperature based on the environmental temperature can be further included.
- a temperature correction table showing a duty for each environmental temperature may be further included, and the duty correction unit reads a duty corresponding to the environmental temperature from the temperature correction table, and the charge pump circuit The duty can be switched to the read duty and the temperature can be corrected.
- a temperature measuring unit that measures the environmental temperature and a bias correcting unit that switches the bias current of the logarithmic transistor and corrects the temperature based on the environmental temperature can be further included.
- a temperature correction table indicating a bias current value for each environmental temperature can be further included, and the bias correction unit reads a bias current value corresponding to the environmental temperature from the temperature correction table.
- the bias current of the logarithmic transistor can be switched to the read bias current value for temperature correction.
- a storage unit that stores the pulse count number in units of frames and for each column by a plurality of frames, and inter-frame difference detection that calculates a difference between the pulse count numbers between the plurality of frames as an inter-frame difference.
- a motion detection unit that detects a motion of an image captured by the pixel array based on the inter-frame difference.
- An analog-to-digital conversion unit that performs analog-to-digital conversion on a pixel signal generated based on the charge accumulated by the photodiode can be further included, and when the illuminance is lower than a predetermined illuminance,
- the error detection unit is configured to detect an output error of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit with a reference potential, and the illuminance detection unit is configured to detect the illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- the storage unit stores the number of pulse counts in units of frames and for each column by a number of frames, and the inter-frame difference detection unit stores the number of frames between the plurality of frames.
- the difference between the pulse counts is obtained as an inter-frame difference, and the motion detector is imaged by the pixel array based on the inter-frame difference.
- the analog-to-digital conversion unit performs analog-to-digital conversion on a pixel signal generated based on the charge accumulated by the photodiode. can do.
- An operation method of an imaging device includes a pixel that is configured by an array of photodiodes that accumulates electric charges according to the amount of incident light, a power supply unit connected to the photodiodes, Imaging including an error detection unit that detects an output error of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit with a reference potential, and an illuminance detection unit that detects the illuminance based on an operating frequency of the error detection unit
- the error detection unit detects an error in the output of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit with a reference potential
- the illuminance detection unit operates the error detection unit.
- An imaging device includes a pixel formed of an array of photodiodes that accumulates electric charges according to the amount of incident light, a power supply unit connected to the photodiodes,
- the imaging apparatus includes an error detection unit that detects an output error of the power supply unit by comparing an output with a reference potential, and an illuminance detection unit that detects illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- An electronic apparatus includes a pixel including an array of photodiodes that accumulates electric charges according to the amount of incident light, a power supply unit connected to the photodiodes, An electronic device includes an error detection unit that detects an output error of the power supply unit by comparing an output with a reference potential, and an illuminance detection unit that detects illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- charges corresponding to the amount of incident light are accumulated by pixels including photodiodes arranged in an array, and an error detection unit outputs an output from a power supply unit connected to the photodiodes.
- An error in the output of the power supply unit is detected by comparison with a reference potential, and the illuminance is detected by the illuminance detection unit based on the operating frequency of the error detection unit.
- the imaging device it is possible to cause the imaging device to function with sufficient response speed and measurement accuracy even under low illuminance.
- FIG. 1 illustrates a configuration example of an image sensor to which the technology of the present disclosure is applied.
- a power supply unit 39 a current detection unit 40, a temperature correction unit 41, a current value storage unit 42, and a frame difference detection unit 43.
- the pixel array 31 has, for example, m rows ⁇ n columns of pixels arranged in an array. Each pixel generates a charge corresponding to the amount of incident light and outputs a pixel signal.
- the pixel signal of each pixel is transferred via the transfer lines 30-1 to 30-n. If it is not necessary to distinguish each of the pixels 50-1 to 50-p, the pixel 50-1 is simply referred to as the pixel 50, and the other configurations are also referred to in the same manner.
- the pixel 50 is provided with a photodiode 51, a transfer transistor 52, a reset transistor 53, an FD (floating diffusion) 54, an amplification transistor 55, and a selection transistor 56.
- the photodiode 51 has a charge corresponding to the amount of incident light. Accumulate.
- the transfer transistor 52 transfers the charge accumulated in the photodiode 51 to the FD 54.
- the reset transistor 53 resets the photodiode 51 by resetting the FD 54 and cooperating with the transfer transistor 52.
- the FD (floating diffusion) 54 is connected to the gate of the amplification transistor 55.
- the amplifying transistor 55 is connected to the gate of the FD 54 and outputs a pixel signal by amplifying the power supply voltage according to the electric charge accumulated in the FD 54.
- the selection transistor 56 is turned on when the pixel 50 to be transferred in units of rows is selected, and the pixel signal is output to the comparator 33 via the vertical transfer line 30.
- the illuminance detection unit 32 is provided corresponding to each pixel 50, and has a configuration in which Logarithmic pixel circuits (logarithmic transistor: Log Tr) including a diode-connected transistor is connected to the photodiode 51. Therefore, a weak change in illuminance is detected on the basis of the conducting current value.
- Logarithmic transistor logarithmic transistor: Log Tr
- the detailed configuration of the illuminance detection unit 32 will be described later with reference to FIG.
- the comparator 33 compares pixel signals supplied in units of rows from the vertical transfer lines 30-1 to 30-n provided for the columns of the pixels 50-1 to 50-p and a reference (not shown), The comparison result is supplied to the counter 34.
- the counter 34 counts a count value corresponding to the reference supplied to the comparator 33, and outputs a count value at a timing when the comparison result of the comparator 33 changes, so that the analog signal is converted into a digital signal together with the comparator 33. It functions as a digital converter, and outputs the pixel signal converted into a digital signal to the Hi-Speed I / F 35.
- the Hi-Speed I / F 35 outputs the pixel signal converted into the digital signal to the image processing device (not shown), the frame difference detection unit 43, and the motion detection unit 36 as imaging data.
- the motion detection unit 36 detects motion based on the difference result supplied from the frame difference detection unit 43 in accordance with the timing at which image data is supplied from the Hi-Speed I / F 35 in the imaging mode described later. Then, the motion detection result is output to an image processing device (not shown) and the sensor control unit 37. Further, in the case of a sensor mode, which will be described later, the motion detection unit 36 detects a motion based on the difference result supplied from the frame difference detection unit 43, and an image processing device (not shown) and a sensor control unit. To 37.
- the sensor control unit 37 outputs an instruction signal for switching the drive mode to the sensor drive unit 38 based on the motion detection result supplied from the motion detection unit 36. More specifically, the operation mode of the image sensor 11 includes an imaging mode in which a high-definition image is captured by each pixel 50 of the pixel array 31 and a sensor mode in which the illuminance detection unit 32 detects the presence or absence of motion even at low illuminance. is there.
- the sensor control unit 37 controls the sensor mode to detect the presence or absence of motion at low illuminance, and when motion is detected in the sense mode, shifts the operation mode to the imaging mode, and again no motion is detected in the imaging mode. When the state is low and the illuminance is low, the mode is shifted to the sense mode.
- the sensor drive unit 38 operates each pixel 50 of the pixel array 31 or the illuminance detection unit 32 in an operation mode based on an instruction signal from the sensor control unit 37.
- the power supply unit 39 supplies power to the pixels 50-1 to 50-p and the illuminance detection units 32-1 to 32-n of the pixel array 31.
- the power supply unit 39 includes an error amplifier 82 (FIG. 4), compares the feedback potential (VFB) with the reference potential, detects an error when the feedback potential is lower than the reference potential, and operates the error amplifier 82.
- the signal is output as a signal to the timing control unit 83 (FIG. 4) and the current detection unit 40.
- the current detection unit 40 detects an error signal of the error amplifier 82, detects the operation frequency as a digital signal of a detection current corresponding to the illuminance of the illuminance detection unit 32, and stores it in the current value storage unit 42 in units of frames. .
- the temperature correction unit 41 performs temperature correction related to the measurement of the current value by the current detection unit 40 based on the operation signal of the error amplifier 82 supplied from the power supply unit 39.
- the detailed configuration of the temperature correction unit 41 will be described later with reference to FIG.
- the frame difference detection unit 43 obtains an inter-frame difference between images captured by the pixels 50 of the pixel array 31 supplied from the Hi-Speed I / F 35 and supplies the inter-frame difference to the motion detection unit 36. To do. Further, when in the sensor mode, the frame difference detection unit 43 obtains an inter-frame difference between current values stored in the current value storage unit 42 for each frame, and supplies the obtained inter-frame difference to the motion detection unit 36. To do.
- the illuminance detection unit 32 operates in a sensor mode for the purpose of detecting illuminance under low illuminance. More specifically, the illuminance detection unit 32 includes a logarithmic transistor 61, an amplification transistor 62, a selection transistor 63, and a bias transistor 64, which are transistors that are diode-connected to the photodiode 51.
- the functions of the amplification transistor 62 and the selection transistor 63 are basically the same as those of the amplification transistor 55 and the selection transistor 56.
- the logarithmic transistor 61 is supplied with power from the power supply unit 39 from a gate terminal that is diode-connected.
- the power supply unit 39 compares the reference voltage with the feedback voltage by the built-in error amplifier 82 (FIG. 4). If the feedback voltage is lower than the reference voltage, an error signal indicating an error is output as a pulse signal. Thus, the voltage is boosted by the charge pump circuit 84 to make the voltage constant.
- the current detection unit 40 counts the frequency of occurrence of the error signal by the pulse counter 101 (FIG. 4), thereby measuring the frequency from the count value as a frequency. The current value under illuminance is output as a digital signal.
- the bias transistor 64 applies a bias according to the temperature by the bias control unit 122 (FIG. 4) in the temperature correction unit 41.
- the conventional illuminance detection unit 32 detects the illuminance based on the voltage amplified by the amplification transistor 62 using the current value between the logarithmic transistor 61 and the photodiode 51. It was.
- a parasitic capacitance Cx is generated by the wiring between the photodiode 51 and the gate of the amplification transistor 62 in the figure, so that a minute current generated by the low illuminance is expressed by the logarithmic transistor.
- it is used in a so-called weak inversion region. For this reason, since charging takes time due to the parasitic capacitance Cx, the response is poor, and if it is used as an image used for automatic driving or a mirror image in a mirrorless vehicle, it is generated for the behavior of the vehicle. The response of the image to be delayed is delayed, and there is a risk that the safety may be hindered.
- the pulse signal generated as the error signal of the error amplifier 82 is counted, and the operation frequency of the error amplifier 82 based on the count result is used to obtain the digital signal Is measured and used as illuminance.
- DCDC circuit 4 is a so-called DCDC circuit, and includes a power supply 81, an error amplifier 82, a timing control unit 83, and a charge pump circuit 84.
- the power source 81 is a DC power source that generates power required for each pixel 50 of the pixel array 31.
- the error amplifier 82 compares the reference potential from the power supply 81 with the potential of the feedback power supply that is the output of the charge pump circuit 84, and generates an error signal when the feedback power supply is smaller than the power supply 81 based on the comparison result. And output to the timing controller 83 and the current detector 40.
- the timing control unit 83 controls the operation of the charge pump circuit 84 at the timing when the error signal is generated, and generates power so as to compensate for the lowered voltage. At this time, the timing control unit 83 controls the operation of the charge pump circuit 84 by the duty set corresponding to the environmental temperature from the duty correction unit 121 of the temperature correction unit 41.
- the current detection unit 40 includes a pulse counter 101, counts pulse signals composed of error signals, and uses the operation frequency of the error amplifier 82 per unit time, that is, the operation frequency as a current value for the last two frames.
- the current value is stored in the current value storage unit 42 in units of columns.
- the current value storage unit 42 stores a pulse count value of the (N ⁇ 1) th frame as a current value for each column (Line) of the N ⁇ 1th frame (N ⁇ 1 frame).
- 141-1 and a storage unit 141-2 that stores a pulse count value of the Nth frame as a current value for each column (Line) of the Nth frame (N frame).
- the storage units 141-1 and 141-2 discard the pulse count value of the old frame and store the pulse count value of the new frame.
- the temperature correction unit 41 measures the environmental temperature at which the image sensor 11 operates, and corrects the duty of the charge pump circuit 84 of the power supply unit 39 and the bias current by the bias transistor 64 according to the environmental temperature. More specifically, the temperature correction unit 41 includes a duty correction unit 121, a bias correction unit 122, a temperature correction table 123, and a temperature measurement unit 124.
- the duty correction unit 121 reads the corresponding duty correction value from the temperature correction table 123 based on the environmental temperature measured by the temperature measurement unit 124, and controls the timing control unit 83 of the power supply unit 39 to control the charge pump circuit. 84 is operated by correcting the duty according to the environmental temperature.
- the bias correction unit 122 reads the corresponding bias current value from the temperature correction table 123 based on the environmental temperature measured by the temperature measurement unit 124, and controls the bias transistor 64 that controls the current value flowing through the logarithmic transistor 61.
- the bias current is corrected according to the environmental temperature.
- the temperature correction table 123 is a table in which optimum duty and bias current values are recorded with respect to the environmental temperature obtained in advance.
- the temperature measurement unit 124 measures the environmental temperature, measures the environmental temperature of the image sensor 11, and supplies the measured temperature to the duty correction unit 121 and the bias correction unit 122.
- the frame difference detection unit 43 obtains an inter-frame difference from the difference between the current values for the two most recent frames stored in the current value storage unit 42 and outputs the difference to the motion detection unit 36.
- the motion detection unit 36 regards that the motion has occurred in the image, detects the motion, and supplies the sensor control unit 37 with information indicating that the motion has been detected. Based on the information indicating that this movement has been detected, the sensor control unit 37 switches the drive mode of the sensor drive unit 38 from the sensor mode at the time of low illuminance to the imaging mode.
- a current is generated in proportion to the amount of light even at low illuminance, but the voltage value is a so-called weak value as shown by a range surrounded by a one-dot chain line. Since it is an inversion region and is easily affected by temperature characteristics, it is difficult to measure a voltage value with high accuracy. Therefore, it is very difficult to measure the amount of light using the voltage value at low illuminance.
- the illuminance is measured based on the current value based on the operating frequency of the error amplifier 82 of the power supply unit 39 (the operating frequency of the charge pump circuit 84).
- the illuminance is measured by the voltage value of the logarithmic transistor 61. Note that the method of measuring the light amount by the voltage value applied to the logarithmic transistor 61 is a general method, and therefore only a description at low illuminance will be given here.
- ⁇ Parasitic capacitance> As described above, when the illuminance is low, the logarithmic transistor 61 is a weak inversion region. For this reason, as shown in FIG. 6, in the connection relationship with the illuminance detection unit 32 of the pixels 50-1 to 50-m connected to one vertical transfer line 30, a parasitic is applied in units of columns by an infinite number of wirings. A capacitance Cx (similar to the parasitic capacitance Cx in FIG. 2) is generated.
- the frame frequency is regulated by the time constant according to the parasitic capacitance Cx, and it becomes difficult to read the current in HFR (High Frame Rate).
- HFR High Frame Rate
- this current varies depending on the current below the threshold Vth, and is difficult to manage in the manufacturing of the logarithmic transistor 61.
- FPN Fixed Pattern Noise
- Ipd is a current value generated according to the amount of light received by the photodiode 51
- Id0 is a current value when a threshold Vth at which the logarithmic transistor 61 is switched on or off is applied
- kb is a Boltzmann constant.
- n is the number of electrons
- q is the amount of charge
- T is the absolute temperature.
- the voltage value Vout is generally a function of temperature, and the characteristics greatly depend on the environmental temperature. Is done.
- FIG. 7 shows the illuminance (light intensity) and voltage value received by the photodiode 51 at an ambient temperature of ⁇ 30 ° C. (one-dot chain line), normal use temperature (Typical) (two-dot chain line), and 105 ° C. (solid line).
- the relationship with Vout is shown. That is, as shown in FIG. 7, in a predetermined illuminance range, the voltage value decreases as the illuminance increases, and the voltage value increases as the temperature rises. Change with higher sensitivity. On the contrary, the voltage value becomes lower as the temperature becomes lower, and changes with lower sensitivity to the change in illuminance.
- the imaging device 11 of the present disclosure detects illuminance by reading by IV conversion of the logarithmic transistor 61 at normal illuminance, and illuminance based on the current value from the power supply unit 39 supplied to the logarithmic transistor 61 at low illuminance. Is detected.
- the characteristic at the time of low illuminance detects the change in illuminance based on the current value based on the operating frequency of the error amplifier 82 in the power supply unit (DCDC power supply) 39.
- the temperature characteristic of the logarithmic transistor 61 is corrected by changing the duty that is the driving condition of the charge pump circuit 84.
- the pixel power supply is used as an analog power supply generated by a DCDC circuit inside the sensor.
- the pixel power supply may be directly supplied from an external power supply, but the mobile device is supplied with pixel power from a battery via a DCDC circuit.
- the current detection unit 40 is provided for the power supply unit 39, and the current detection unit 40 detects the current value as digital data.
- the current detection unit 40 is provided with a pulse counter 101 as shown in FIG. 4, and the load current is converted into a digital value by utilizing the relationship between the operating frequency of the error amplifier 82 and the current by PFM control. Convert to and detect.
- the error amplifier 82 compares the output voltage of the power supply unit 39 with the reference voltage of the power supply 81 as a part of the Feed Back mechanism, and uses a pulse signal as a comparison result to control the charge pump circuit by PFM (Pulse Freqency Modulation) control. 84 operation is controlled.
- PFM Pulse Freqency Modulation
- the operating frequency (CP operating frequency) of the charge pump circuit 84 driven by PFM control is proportional to the load current (Iload) of the logarithmic transistor. This relationship is also shown by the following formula (2). That is, as the load current increases, charge is supplied to the charge pump circuit 84, so the operating frequency also increases.
- C is a charge pump capacitor capacity
- n is the number of boosting stages
- Vin is a charge pump power supply
- Vout is a charge pump boosting output
- f is an operating frequency of the charge pump circuit 84.
- the current detection unit 40 uses the pulse counter 101. Is used to detect the count value as a current value and to control the charge pump circuit 84 in the power supply unit 39 and to detect a moving object.
- the duty here indicates a ratio of a period during which the charge pump circuit 84 is turned on in the one cycle T in which the charge pump circuit 84 controls on and off. It is possible to variably set between 100%.
- the duty correction unit 121 of the temperature correction unit 41 corrects the current detection result of the current detection unit 40 according to the environmental temperature.
- the operating frequency (CP operating frequency) of the charge pump circuit 84 relative to the load current (Iload) when driving the charge pump circuit 84 by PFM control is the environmental temperature.
- this subthreshold slope characteristic is proportional to the temperature.
- this subthreshold slope characteristic is proportional to the temperature.
- inclination changes according to environmental temperature in the range of subthreshold slope SS1 to SS2.
- Cdm is a depletion layer capacitance
- Cox is an oxide film capacitance
- q is a charge
- k is a Boltzmann constant
- T is an absolute temperature
- m is 1 + Cdm / Cox.
- the IV characteristic of the logarithmic transistor is such that the output voltage varies depending on the temperature characteristic, as shown in FIG. .
- the current value detected by the current detection unit 40 is obtained based on the count value obtained by counting the operating frequency of the charge pump circuit 84 shown as an error signal supplied from the error amplifier 82 by the pulse counter 101. Therefore, the influence of the temperature characteristics of the device such as the diffusion current of the logarithmic transistor 61 can be reduced.
- temperature correction of the logarithmic transistor 61 is also performed. That is, as shown in the left part of FIG. 10, in the detailed configuration of the illuminance detection unit 32 of FIG. 6, a current source 32a is generally provided downstream of the logarithmic transistor 61. Since the current source 32a operates as a load resistor, the output voltage can be changed by changing the resistance to a variable resistor 32b as shown in the center of FIG.
- the current value generated by the photodiode 51 can be adjusted by allowing the current value flowing through the variable resistor 32b functioning as the current source 32a to be adjusted as a bias current. Therefore, as shown in the right part of FIG. 10, a bias transistor 64 is provided to function in the same manner as the variable resistor 32 b functioning as the current source 32 a, and the bias correction unit 122 corresponds to the environmental temperature. By adjusting the bias current, the output voltage can be adjusted when the current value generated in the photodiode 51 is converted into a voltage.
- ⁇ Temperature correction table> In the current detection by the current detection unit 40, it may be assumed that the characteristic of the current value-charge pump operating frequency shifts depending on each environmental temperature condition. Therefore, in the temperature correction table 123, for example, as shown in FIG. A duty for correcting the operating frequency of the charge pump circuit 84 and a bias current are preset and stored for each environmental temperature.
- the environmental temperature, the corresponding duty, and the bias current value are shown from the left. More specifically, the environmental temperature is described as -30 ° C., -10 ° C.,... 125 ° C. from the top, and D0%, D1%,. As the bias current value, BA0, BA1,... DAn are described.
- the duty correction unit 121 and the bias correction unit 122 correct the duty and bias current optimum for the environmental temperature based on the information of the temperature correction table 123 as shown in FIG.
- the operating frequency of the same charge pump can be set, and the illuminance can be appropriately measured by specifying the current value based on the operating frequency without depending on the environmental temperature.
- the driving mode is assumed to be the sensor mode, and the power as the output of the charge pump circuit 84 is sequentially supplied from the power supply unit 39 to each pixel 50 of the pixel array 31.
- the error amplifier 82 sequentially compares the reference potential and the feedback potential that is the power output from the charge pump circuit 84. Based on the comparison result, when the feedback potential of the power supplied to the pixel 50 does not reach the reference potential, the error amplifier 82 supplies an error signal to the timing control unit 83, and the charge pump circuit 84 performs PFM control. Then, the process of boosting the output voltage is repeated.
- the error signal is also supplied to the current detection unit 40, the operating frequency of the error amplifier 82 (charge pump circuit 84) is obtained by the pulse counter 101 of the current detection unit 40, and stored in the current value storage unit 42 as a current value. Is done.
- step S31 the temperature measurement unit 124 of the temperature correction unit 41 measures the environmental temperature and supplies the measurement result to the duty correction unit 121 and the bias correction unit 122.
- step S32 the duty correction unit 121 accesses the temperature correction table 123, reads the duty corresponding to the current environmental temperature, and controls the timing control unit 83 to drive the charge pump circuit 84 with the read duty. To do.
- step S33 the bias correction unit 122 accesses the temperature correction table 123, reads the bias current value corresponding to the current environmental temperature, controls the bias transistor 66, and causes the read bias current value to flow.
- step S34 the pulse counter 101 of the current detection unit 40 counts the error signal from the error amplifier 82, and uses the pulse count value as the load current value of the logarithmic transistor 61 to store the storage unit 141-1 of the current value storage unit 42.
- the storage unit 141 in which any one of the oldest data of 141-2 is stored is overwritten by one frame.
- step S35 the frame difference detection unit 43 obtains a difference between pulse count values corresponding to the current values of the respective frames stored in the storage units 141-1 and 141-2 of the current value storage unit 42, respectively. Find the difference between frames.
- step S36 the frame difference detection unit 43 compares the difference value, which is the difference between frames, with a predetermined threshold value, and whether the difference value is larger than the predetermined threshold value and whether there is movement in the image. Determine whether or not. If it is determined in step S36 that the interframe difference is greater than the predetermined threshold and a change is detected and there is a motion in the image, the process proceeds to step S37.
- step S37 the frame difference detection unit 43 notifies the sensor control unit 37 that motion has been detected in the image based on the interframe difference. Based on this notification, for example, the sensor control unit 37 instructs to switch the drive mode of the sensor drive unit 38. If it is determined in step S36 that no motion is detected, the process in step S37 is skipped.
- step S38 the current detection unit 40 determines whether or not the end of the operation is instructed. If the end is not instructed, the process returns to step S31, and the subsequent processes are repeated. If it is determined in step S38 that the end has been instructed, the process ends.
- the current value of the logarithmic transistor 61 is obtained as a pixel value according to the operating frequency of the charge pump circuit 84 based on the error signal from the error amplifier 82, thereby detecting motion under low illuminance. Therefore, it is possible to detect at high speed without being affected by the parasitic capacitance Cx or the like.
- the operating frequency of the error amplifier 82 is A low frequency count value C0 for one frame is counted, and at time T1, this count value C0 is stored. At this time, since there is no previous count value, if the previous operation mode is MODE A, the operation mode is continued.
- FIG. 13 shows from the top the timing of the vertical synchronization signal VS, the current value of the charge pump circuit 84, the illuminance change image of the input image indicating the illuminance change, the error amplifier operating frequency, the frequency count, and the current value storage unit. A control processing mode corresponding to the storage timing and the current value is shown.
- the imaging device can detect motion at high speed and with high accuracy even under conditions of low illuminance and changes in environmental temperature. .
- the drive mode is set to the sensor mode by repeating the series of processes described above until motion is detected under low illumination, and when motion is detected, an image is captured by each pixel 50 of the pixel array 31.
- the pixel signal is AD-converted using the comparator 33 and the counter 34, so that the pixel signal can be switched to a driving mode for outputting a high-definition image, that is, an imaging mode.
- the mode may be switched to the sense mode again when the illuminance is lower than the predetermined illuminance and no motion is detected.
- the drive mode is changed from the imaging mode to the sensor mode without operating the comparator 33 or the counter 34. Therefore, it is possible to realize power saving.
- the motion can be detected at high speed even under low illuminance, if the motion is detected, the drive mode can be quickly changed from the sensor mode to the imaging mode, and high-speed image processing is required. For example, the function can be sufficiently exhibited even for in-vehicle use.
- the logarithmic transistor 61 in the column direction is monitored as one current value, and the current value for each pixel 50 unit cannot be detected, but the current value is detected for each column, and the surface Since the influence of the variation in the threshold value Vth for each of the logarithmic transistors 61 is averaged as the charge pump current, the detection stability can be improved.
- the current detection unit 40 may be integrated in the power supply unit 39.
- FIG. 14 shows a configuration example of the display device 151 that realizes the OLED ACL.
- the display device 151 includes an OLED 161, a driver transistor 162, a power supply unit 163, a current detection unit 164, a current value storage unit 165, an ACL 166, a driver 167, and an SPI (Serial Peripheral Interface) 168.
- OLED 161 emits light by power supplied from the power supply unit 163.
- the configuration of the power supply unit 163 will be described later in detail with reference to FIG.
- the current detection unit 164 has basically the same configuration as that of the current detection unit 40, includes a pulse counter 164a, and an error amplifier 173 (see FIG. 15) provided in the power supply unit 163 with the current value supplied to the OLED 161. ) And the count value is stored in the current value storage unit 165 as a current value.
- the ACL 166 reads the count value stored in the current value storage unit 165 during the vertical blanking period, obtains the current current value, and exceeds the count value corresponding to the current value that is the upper limit value.
- a command is output to 167 to close the driver transistor 162.
- the driver 167 controls opening / closing of the driver transistor 162 based on a command from the ACL 166.
- SPI Serial Peripheral Interface
- the power supply unit 163 includes a coil 170, a diode 171, a capacitor 172, an error amplifier 173, a reference power output circuit 174, a latch 175, an amplifier circuit 176, an AND circuit 177, an amplifier circuit 178, an LS (Level Shifter) 179, an amplifier circuit 180, VDD 181 and switch 182 are provided.
- the coil 170, the diode 171, the capacitor 172, the VDD 181 and the switch 182 constitute a switching regulator.
- the error amplifier 173 compares the potential of the OLED 161 with the reference potential VSS, determines whether the potential of the OLED 161 is higher than the reference potential, and if so, stores a signal indicating that there is no error in the latch 175, When the voltage of the OLED 161 is not higher than the reference potential, an error signal is stored in the latch 175.
- the latch 175 outputs the pulse counter 164a and the AND circuit 177 in synchronization with the clock control signal.
- the amplifier circuit 176 amplifies the clock control signal and outputs it to the AND circuit 177.
- the AND circuit 177 outputs the signal of the error amplifier 173 stored in the latch 175 to the switch 182 via the amplifier circuit 178, the LS (Level Shifter) 179, and the amplifier circuit 180 in synchronization with the clock control signal.
- the error amplifier 173 compares the potential of the OLED 161 with the reference potential, and adjusts the voltage applied to the VDD 182 by opening and closing the switch 181 according to the comparison result.
- the error amplifier 173 outputs an error signal to the pulse counter 164a via the latch 175.
- the pulse counter 164a stores the pulse count value, which is the operating frequency of the error amplifier 173, in the current value storage unit 165 as the current value of the OLED 161.
- the ACL 166 reads the current value flowing in the current OLED 161 stored in the current value storage unit 165 as a pulse count value, controls the driver 167, and controls the opening and closing of the driver transistor 162. Thus, control is performed so that an excessive current does not flow through the OLED 161.
- the above-described imaging device can be applied to various electronic devices such as an imaging device such as a digital still camera or a digital video camera, a mobile phone having an imaging function, or other devices having an imaging function.
- FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus as an electronic apparatus to which the present technology is applied.
- An imaging apparatus 201 shown in FIG. 16 includes an optical system 202, a shutter device 203, a solid-state imaging device 204, a drive circuit 205, a signal processing circuit 206, a monitor 207, and a memory 208, and displays still images and moving images. Imaging is possible.
- the optical system 202 includes one or more lenses, guides light (incident light) from a subject to the solid-state image sensor 204, and forms an image on the light receiving surface of the solid-state image sensor 204.
- the shutter device 203 is disposed between the optical system 202 and the solid-state imaging device 204, and controls the light irradiation period and the light-shielding period to the solid-state imaging device 204 according to the control of the drive circuit 1005.
- the solid-state image sensor 204 is configured by a package including the above-described solid-state image sensor.
- the solid-state imaging device 204 accumulates signal charges for a certain period in accordance with light imaged on the light receiving surface via the optical system 202 and the shutter device 203.
- the signal charge accumulated in the solid-state image sensor 204 is transferred according to a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 205.
- the drive circuit 205 outputs a drive signal for controlling the transfer operation of the solid-state image sensor 204 and the shutter operation of the shutter device 203 to drive the solid-state image sensor 204 and the shutter device 203.
- the signal processing circuit 206 performs various types of signal processing on the signal charges output from the solid-state imaging device 204.
- An image (image data) obtained by the signal processing by the signal processing circuit 206 is supplied to the monitor 207 and displayed, or supplied to the memory 208 and stored (recorded).
- the imaging device 11 illustrated in FIG. 1 of the present disclosure is applied in place of the optical system 202, the shutter device 203, and the solid-state imaging device 204 described above, thereby reducing the Even in illuminance, it is possible to function as a sensor at high speed and with high accuracy.
- FIG. 17 is a diagram showing a usage example in which the image sensor 11 of FIG. 1 described above is used.
- the imaging device described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-rays as follows.
- Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
- Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
- Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
- Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
- this indication can also take the following structures.
- Pixels composed of photodiodes arranged in an array for accumulating charges according to the amount of incident light; A power supply connected to the photodiode; An error detection unit for detecting an output error of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit and a reference potential; An illuminance detection unit that detects illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- ⁇ 3> The imaging device according to ⁇ 2>, wherein the illuminance detection unit obtains a load current value of the logarithmic transistor based on an operating frequency of the error detection unit, and detects illuminance according to the load current value.
- the power supply unit is a DCDC power supply including a charge pump circuit or a switching regulator circuit.
- the illuminance detection unit includes a pulse counter that counts the pulse count of the pulse signal output from the error detection unit,
- the error detection unit is an error amplifier in the charge pump circuit or the switching regulator circuit, and an error detection result of the output of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit with a reference potential is obtained as a pulse signal.
- Output as The imaging device according to ⁇ 4>, wherein the illuminance detection unit obtains the operating frequency by PFM (Pulse Freqency Modulation) control based on the pulse count and detects the operating frequency.
- PFM Pulse Freqency Modulation
- ⁇ 6> a temperature measuring unit for measuring the environmental temperature;
- the image pickup device according to ⁇ 4>, further including a duty correction unit that performs temperature correction by switching a duty of the charge pump circuit based on the environmental temperature.
- a temperature correction table indicating a duty for each environmental temperature is further included,
- the imaging device wherein the duty correction unit reads a duty corresponding to the environmental temperature from the temperature correction table, and switches the duty of the charge pump circuit to the read duty.
- ⁇ 8> A temperature measurement unit for measuring the environmental temperature;
- the imaging device according to ⁇ 4>, further including: a bias correction unit that performs temperature correction by switching a bias current of the logarithmic transistor based on the environmental temperature.
- a temperature correction table indicating a bias current value for each environmental temperature is further included, The bias correction unit reads a bias current value corresponding to the environmental temperature from the temperature correction table, and switches the bias current of the logarithmic transistor to the read bias current value to correct the temperature.
- a storage unit that stores the pulse count in units of frames and for each column by a plurality of frames, An inter-frame difference detection unit for obtaining a difference between the pulse counts between the plurality of frames as an inter-frame difference;
- the imaging device according to ⁇ 5>, further including a motion detection unit that detects a motion of an image captured by the pixels based on the inter-frame difference.
- ⁇ 11> further includes an analog-to-digital converter that performs analog-to-digital conversion on a pixel signal generated based on the charge accumulated by the photodiode;
- the error detection unit detects an error in the output of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit with a reference potential;
- the illuminance detection unit detects the illuminance based on the operating frequency of the error detection unit,
- the storage unit stores the pulse count number in units of frames and for each column by a number of frames,
- the inter-frame difference detection unit obtains the difference in the pulse count number between the plurality of frames as an inter-frame difference,
- the motion detection unit detects a motion of an image captured by the pixel based on the inter-frame difference;
- the image sensor according to ⁇ 10>, wherein the analog-to-digital conversion unit performs analog-to-digital conversion on a pixel signal generated based on the charge accumulated by the photo
- Pixels composed of photodiodes arranged in an array that accumulate electric charges according to the amount of incident light;
- a power supply connected to the photodiode;
- An error detection unit for detecting an output error of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit and a reference potential;
- An illuminance detection unit that detects the illuminance based on an operating frequency of the error detection unit, and a method for controlling an image sensor,
- the error detection unit detects an error in the output of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit with a reference potential;
- the operation method of an image sensor wherein the illuminance detection unit detects the illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- Pixels made up of photodiodes arranged in an array for accumulating charges according to the amount of incident light;
- a power supply connected to the photodiode;
- An error detection unit for detecting an output error of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit and a reference potential;
- An illuminance detection unit that detects illuminance based on an operating frequency of the error detection unit.
- Pixels composed of photodiodes arranged in an array for accumulating charges according to the amount of incident light;
- a power supply connected to the photodiode;
- An error detection unit for detecting an output error of the power supply unit by comparing the output of the power supply unit and a reference potential;
- An illuminance detector that detects illuminance based on an operating frequency of the error detector.
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Abstract
本開示は、低照度でも高速で、かつ、高精度に動き検出することができるようにする撮像素子および撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器に関する。 エラーアンプが、対数トランジスタを介してフォトダイオードに供給される電力の電位と、基準電位とを比較して、基準電位に満たない場合、エラーを示すエラー信号をパルス信号として出力する。パルスカウンタが、エラー信号をカウントし、エラーアンプの動作周波数を、対数トランジスタに流れる電流値としてフレーム単位で格納する。そして、フレーム間差分が所定値以上であれば、動きを検出するものとする。本開示は、撮像装置に適用することができる。
Description
本開示は、撮像素子および撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器に関し、特に、低照度における応答速度と測定精度を向上できるようにした撮像素子および撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器に関する。
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサに代表される撮像素子は、近年、高解像度画像を撮像する機能に加えて、センサとしての機能に対する要求も高まりつつある。
センサとしての機能を実現させるため、フォトダイオードに対して、ダイオード接続したトランジスタを用いて、電流-電圧変換（IV変換）を対数変換させて使用するものが提案されている（特許文献１参照）。
ところで、特許文献１の技術を用いた場合、フォトダイオードに蓄積された電荷に対応した微小電流を、ダイオード接続されたトランジスタの大きなIV特性を生かした対数変換により電圧値に変換し、画素値として利用する。このため、このようなセンシングに特化した画素は、Logarithmic pixel circuitsや、対数トランジスタ（Log Tr）と称されている。
しかしながら、低照度の場合、フォトダイオードにより発生されるのは微小電流であり、微小電流を電圧に変換する、いわゆる、弱反転領域においては、トランジスタの製造上のばらつきにより高精度に電圧変換することができず、例えば、これに起因したFPN（Fixed Pattern Noise）を発生させる恐れがあった。
また、微小電流を対数変換により電圧に変換する場合、回路の寄生容量による充電に時間が掛かってしまうため、この時定数によりフレーム周波数が律則されて、例えば、HFR（High Frame Rate）での読み出しが難しくなる。
結果として、高速な応答速度が求められる、例えば、車両の自動運転に利用する画像やミラーレス車などのミラー画像などの車載用途を目的とする撮像素子としては、十分に機能しない恐れがあった。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、撮像素子を、低照度下においても、十分な応答速度と測定精度とで機能させるようにするものである。
本開示の一側面の撮像素子は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、前記フォトダイオードと接続された電源部と、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部とを含む撮像素子である。
前記フォトダイオードと前記電源部との間に、ダイオード接続されたトランジスタからなる対数トランジスタをさらに含ませるようにすることができる。
前記照度検出部には、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記対数トランジスタの負荷電流値を求め、前記負荷電流値に応じた照度を検出させるようにすることができる。
前記電源部は、チャージポンプ回路、または、スイッチングレギュレータ回路を含むDCDC電源とすることができる。
前記照度検出部には、前記エラー検出部より出力される前記パルス信号のパルスカウント数をカウントするパルスカウンタを含ませるようにすることができ、前記エラー検出部は、前記チャージポンプ回路、または、前記スイッチングレギュレータ回路におけるエラーアンプとすることができ、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーの検出結果を、パルス信号として出力させ、前記照度検出部には、前記パルスカウント数に基づいて、PFM（Pulse Frequency Modulation）制御による前記動作周波数を求めて、前記照度として検出させるようにすることができる。
環境温度を測定する温度測定部と、前記環境温度に基づいて、前記チャージポンプ回路のデューティを切り替えて温度補正するデューティ補正部とをさらに含ませるようにすることができる。
前記環境温度毎のデューティを示す温度補正テーブルをさらに含ませるようにすることができ、前記デューティ補正部には、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するデューティを読み出し、前記チャージポンプ回路のデューティを、読み出した前記デューティに切り替えて温度補正させるようにすることができる。
環境温度を測定する温度測定部と、前記環境温度に基づいて、前記対数トランジスタのバイアス電流を切り替えて温度補正するバイアス補正部とをさらに含ませるようにすることができる。
前記環境温度毎のバイアス電流値を示す温度補正テーブルをさらに含ませるようにすることができ、前記バイアス補正部には、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するバイアス電流値を読み出させ、前記対数トランジスタのバイアス電流を、読み出した前記バイアス電流値に切り替えて温度補正させるようにすることができる。
前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納する格納部と、前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求めるフレーム間差分検出部と、前記フレーム間差分に基づいて、前記画素アレイにより撮像された画像の動きを検出する動き検出部とを含ませるようにすることができる。
前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換部をさらに含ませるようにすることができ、前記照度が所定の照度よりも低照度の場合、前記エラー検出部には、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出させ、前記照度検出部には、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出させ、前記格納部には、前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納させ、前記フレーム間差分検出部には、前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求めさせ、前記動き検出部には、前記フレーム間差分に基づいて、前記画素アレイにより撮像された画像の動きを検出させ、前記動き検出部により動きが検出された場合、前記アナログデジタル変換部には、前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換させるようにすることができる。
本開示の一側面の撮像素子の動作方法は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、前記フォトダイオードと接続された電源部と、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する照度検出部とを含む撮像素子の制御方法であって、前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する撮像素子の動作方法である。
本開示の一側面の撮像装置は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、前記フォトダイオードと接続された電源部と、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部とを含む撮像装置である。
本開示の一側面の電子機器は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、前記フォトダイオードと接続された電源部と、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部とを含む電子機器である。
本開示の一側面においては、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素により、入射光の光量に応じた電荷が蓄積され、エラー検出部により、前記フォトダイオードと接続された電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーが検出され、照度検出部により、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度が検出される。
本開示の一側面によれば、撮像素子を、低照度下においても、十分な応答速度と測定精度とで機能させることが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜本開示の撮像装置の構成例＞
本開示の技術を適用した撮像素子の構成例について説明する。図１は、本開示の技術を適用した撮像素子の構成例を示している。
本開示の技術を適用した撮像素子の構成例について説明する。図１は、本開示の技術を適用した撮像素子の構成例を示している。
図１の撮像素子１１は、画素アレイ３１、照度検出部３２－１乃至３２－ｎ、コンパレータ３３、カウンタ３４、Hi-Speed I/F３５、動き検出部３６、センサ制御部３７、センサ駆動部３８、電源部３９、電流検出部４０、温度補正部４１、電流値格納部４２、およびフレーム差分検出部４３を備えている。
画素アレイ３１は、例えば、ｍ行×ｎ列の画素をアレイ状に配置したものであり、各画素において、入射光の光量に応じた電荷を発生して、画素信号を出力する。
より詳細には、画素アレイ３１には、ｍ行×ｎ列にアレイ状に配置された複数の画素５０－１乃至５０－ｐ（ｐ＝ｍ×ｎ）が設けられており、列単位で垂直転送線３０－１乃至３０－ｎを介して各画素の画素信号が転送される。尚、画素５０－１乃至５０－ｐのそれぞれを特に区別する必要がない場合、単に画素５０と称するものとし、その他の構成についても同様に称するものとする。
画素５０は、フォトダイオード５１、転送トランジスタ５２、リセットトランジスタ５３、FD（フローティングディフュージョン）５４、増幅トランジスタ５５、および選択トランジスタ５６が設けられている、フォトダイオード５１は、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する。
転送トランジスタ５２は、フォトダイオード５１に蓄積された電荷をFD５４に転送する。
リセットトランジスタ５３は、FD５４をリセットすると共に、転送トランジスタ５２と協働することで、フォトダイオード５１をリセットさせる。
FD（フローティングディフュージョン）５４は、増幅トランジスタ５５のゲートに接続されている。
増幅トランジスタ５５は、FD５４がゲートに接続されており、FD５４に蓄積された電荷に応じて、電源電圧を増幅することで画素信号を出力する。
選択トランジスタ５６は、行単位で転送すべき画素５０が選択されるとき、オンに制御され、画素信号が垂直転送線３０を介してコンパレータ３３に出力される。
照度検出部３２は、各画素５０に対応して設けられたものであり、フォトダイオード５１に対して、ダイオード接続されたトランジスタからなるLogarithmic pixel circuits（対数トランジスタ：Log Tr）が接続された構成とされており、導通する電流値に基づいて微弱な照度の変化を検出する。尚、照度検出部３２の詳細な構成については、図２を参照して後述する。
コンパレータ３３は、画素５０－１乃至５０－ｐの列毎に設けられた垂直転送線３０－１乃至３０－ｎより行単位で供給されてくる画素信号と、図示せぬリファレンスとを比較し、比較結果をカウンタ３４に供給する。
カウンタ３４は、コンパレータ３３に供給されるリファレンスと対応するカウント値をカウントし、コンパレータ３３の比較結果が変化するタイミングにおけるカウント値を出力することで、コンパレータ３３と共にアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部として機能し、デジタル信号に変換した画素信号をHi-Speed I/F３５に出力する。
Hi-Speed I/F３５は、デジタル信号に変換された画素信号を撮像データとして図示せぬ画像処理装置、フレーム差分検出部４３、および動き検出部３６に出力する。
動き検出部３６は、後述する撮像モードの場合、Hi-Speed I/F３５より画像データが供給されてくるタイミングに応じて、フレーム差分検出部４３より供給されてくる差分結果に基づいて動きを検出し、動き検出結果を図示せぬ画像処理装置、およびセンサ制御部３７に出力する。また、動き検出部３６は、後述するセンサモードの場合、フレーム差分検出部４３より供給されてくる差分結果に基づいて動きを検出し、動き検出結果を図示せぬ画像処理装置、およびセンサ制御部３７に出力する。
センサ制御部３７は、動き検出部３６より供給される動き検出結果に基づいて、センサ駆動部３８に対して駆動モードを切り替える指示信号を出力する。より詳細には、撮像素子１１の動作モードには、画素アレイ３１の各画素５０により高精細画像を撮像する撮像モードと、照度検出部３２により低照度でも動きの有無を検出するセンサモードとがある。センサ制御部３７は、低照度における動きの有無を検出するセンサモードに制御するとともに、センスモードにおいて動きが検出されるとき、動作モードを撮像モードに移行させ、再び、撮像モードにおいて動きが検出されない状態であって、低照度の状態になると、センスモードに移行させる。
センサ駆動部３８は、センサ制御部３７からの指示信号に基づいた動作モードで、画素アレイ３１の各画素５０、または、照度検出部３２を動作させる。
電源部３９は、画素アレイ３１の画素５０－１乃至５０－ｐ、および照度検出部３２－１乃至３２－ｎに電力を供給する。また、電源部３９は、エラーアンプ８２（図４）を備えており、フィードバック電位（VFB）と基準電位とを比較し、フィードバック電位が基準電位を下回るとエラーとして検出し、エラーアンプ８２の動作信号としてタイミング制御部８３（図４）および電流検出部４０に出力する。
電流検出部４０は、エラーアンプ８２のエラー信号を検出し、その動作周波数を、照度検出部３２の照度に応じた検出電流のデジタル信号として検出し、フレーム単位で電流値格納部４２に格納させる。
温度補正部４１は、電源部３９より供給されてくるエラーアンプ８２の動作信号に基づいた、電流検出部４０による電流値の測定に係る温度補正を行う。尚、温度補正部４１の詳細な構成については、図４を参照して後述する。
フレーム差分検出部４３は、撮像モードである場合、Hi-Speed I/F３５より供給されてくる画素アレイ３１の画素５０により撮像された画像間のフレーム間差分を求めて、動き検出部３６に供給する。また、フレーム差分検出部４３は、センサモードである場合、電流値格納部４２にフレームごとに格納されている電流値のフレーム間差分を求め、求められたフレーム間差分を動き検出部３６に供給する。
＜照度検出部の構成例＞
次に、図２を参照して、照度検出部３２の構成例について説明する。
次に、図２を参照して、照度検出部３２の構成例について説明する。
照度検出部３２は、低照度下における照度検出を目的としたセンサモードにおいて動作する。より詳細には、照度検出部３２は、フォトダイオード５１に対してダイオード接続したトランジスタからなる対数トランジスタ６１、増幅トランジスタ６２、選択トランジスタ６３、およびバイアストランジスタ６４より構成されている。ここで、増幅トランジスタ６２および選択トランジスタ６３の機能は、基本的に、増幅トランジスタ５５、および選択トランジスタ５６と同様である。
対数トランジスタ６１は、ダイオード接続されているゲート端子より電源部３９からの電力供給を受ける。この際、電源部３９は、内蔵するエラーアンプ８２（図４）により、基準電圧とフィードバック電圧とを比較させ、フィードバック電圧が基準電圧よりも低い場合、エラーであることを示すエラー信号をパルス信号として発生させ、これにより、チャージポンプ回路８４により電圧を昇圧して電圧を一定にする。この際、電流検出部４０は、エラー信号の発生頻度をパルスカウンタ１０１（図４）によりカウントすることで、カウント値から周波数として計測し、周波数に基づいて、フォトダイオード５１により発生される、低照度下における電流値をデジタル信号として出力する。
バイアストランジスタ６４は、温度補正部４１におけるバイアス制御部１２２（図４）により、温度に応じてバイアスを掛ける。
従来の照度検出部３２は、例えば、図３で示されるように、対数トランジスタ６１とフォトダイオード５１との間の電流値を用いて、増幅トランジスタ６２により増幅される電圧に基づいて照度を検出していた。
しかしながら、電圧値で照度を検出しようとすると、図中のフォトダイオード５１と増幅トランジスタ６２のゲートとの間の配線等により寄生容量Ｃｘが生じるため、低照度により発生する微小な電流を、対数トランジスタにより高いＩＶ変換特性を得るには、いわゆる弱反転領域での使用となる。このため、寄生容量Ｃｘに起因して、充電に時間を要してしまうので、レスポンスが悪く、自動運転に使用する画像やミラーレス車におけるミラー画像として使用すると車両の挙動に対して、生成される画像の応答が遅れてしまい、安全に支障をきたす恐れがあった。
そこで、図１の本開示の撮像素子１１における照度検出部３２においては、エラーアンプ８２のエラー信号として発生するパルス信号をカウントし、カウント結果によるエラーアンプ８２の動作周波数を用いることでデジタル信号からなる電流値を測定し、照度として利用する。
＜電源部、電流検出部、温度補正部、および電流値格納部の詳細な構成例＞
次に、図４を参照して、電源部３９、電流検出部４０、温度補正部４１、および電流値格納部４２の詳細な構成例について説明する。
次に、図４を参照して、電源部３９、電流検出部４０、温度補正部４１、および電流値格納部４２の詳細な構成例について説明する。
図４の電源部３９は、いわゆるDCDC回路であり、電源８１、エラーアンプ８２、タイミング制御部８３、およびチャージポンプ回路８４を備えている。
電源８１は、画素アレイ３１の各画素５０に必要とされる電力を発生する直流電源である。
エラーアンプ８２は、電源８１からの基準電位とチャージポンプ回路８４の出力であるフィードバック電源の電位とを比較し、比較結果に基づいて、フィードバック電源が、電源８１よりも小さい場合、エラー信号を発生し、タイミング制御部８３、および電流検出部４０に出力する。
タイミング制御部８３は、エラー信号が発生したタイミングで、チャージポンプ回路８４の動作を制御して、低下した電圧を補うように電力を発生させる。この際、タイミング制御部８３は、温度補正部４１のデューティ補正部１２１からの環境温度に対応して設定されるデューティによりチャージポンプ回路８４の動作を制御する。
電流検出部４０は、パルスカウンタ１０１を備えており、エラー信号からなるパルス信号をカウントし、単位時間当たりのエラーアンプ８２の動作頻度、すなわち、動作周波数を電流値として、直近の２フレーム分について、列単位で電流値格納部４２に格納させる。
図４においては、電流値格納部４２には、N-1フレーム目（N-1 frame目）の列（Line）ごとの電流値として、N-1フレーム目のパルスカウント値を格納する格納部１４１－１、および、Nフレーム目（N frame目）の列（Line）ごとの電流値として、Nフレーム目のパルスカウント値を格納する格納部１４１－２とが設けられている。格納部１４１－１，１４１－２は、新たなフレームのパルスカウント値が供給されてくると、いずれかが古いフレームのパルスカウント値を破棄して、新たなフレームのパルスカウント値を格納する。
温度補正部４１は、撮像素子１１が動作する環境温度を測定し、環境温度に応じて電源部３９のチャージポンプ回路８４のデューティ、およびバイアストランジスタ６４によるバイアス電流を補正する。より詳細には、温度補正部４１は、デューティ補正部１２１、バイアス補正部１２２、温度補正テーブル１２３、および温度測定部１２４を備えている。
デューティ補正部１２１は、温度測定部１２４により測定された環境温度に基づいて、温度補正テーブル１２３より対応するデューティの補正値を読み出し、電源部３９のタイミング制御部８３を制御して、チャージポンプ回路８４を環境温度に応じてデューティを補正して動作させる。
バイアス補正部１２２は、温度測定部１２４により測定された環境温度に基づいて、温度補正テーブル１２３より対応するバイアス電流値を読み出し、対数トランジスタ６１に流れる電流値を制御するバイアストランジスタ６４を制御して、環境温度に応じてバイアス電流を補正する。
温度補正テーブル１２３は、予め求められている環境温度に対して最適なデューティとバイアス電流値が記録されたテーブルである。
温度測定部１２４は、環境温度を測定するものであり、撮像素子１１の環境温度を測定し、デューティ補正部１２１、およびバイアス補正部１２２に供給する。
フレーム差分検出部４３は、電流値格納部４２に格納されている直近の２フレーム分の電流値の差分からフレーム間差分を求めて動き検出部３６に出力する。
動き検出部３６は、フレーム間差分が所定値よりも大きい場合、画像に動きが発生したものとみなして動きを検出し、動きを検出したことを示す情報をセンサ制御部３７に供給する。センサ制御部３７は、この動きを検出したことを示す情報に基づいて、センサ駆動部３８の駆動モードを低照度時におけるセンサモードから撮像モードに切り替えて動作させる。
＜光量と、対数トランジスタを流れる電流値、および電圧値との関係＞
ここで、図５を参照して、光量と、対数トランジスタ６１を流れる電流値、および電圧値との関係について説明する。尚、図５の左部は、光量に対する電流値の関係を示しており、図５の右部は、電圧値に対する電流値の関係を示しており、図５の左右の電流値の軸は同一スケールとされている。また、光量Ｌ１より小さな光量の範囲を低照度領域とし、対応する電流値Ｉ１よりも小さな電流値については低照度領域とする。したがって、電流値Ｉ１に対応する、電圧値Ｖ１よりも低い電圧値は、低照度領域である。
ここで、図５を参照して、光量と、対数トランジスタ６１を流れる電流値、および電圧値との関係について説明する。尚、図５の左部は、光量に対する電流値の関係を示しており、図５の右部は、電圧値に対する電流値の関係を示しており、図５の左右の電流値の軸は同一スケールとされている。また、光量Ｌ１より小さな光量の範囲を低照度領域とし、対応する電流値Ｉ１よりも小さな電流値については低照度領域とする。したがって、電流値Ｉ１に対応する、電圧値Ｖ１よりも低い電圧値は、低照度領域である。
すなわち、図５の左部で示されるように、低照度時においても、光量に比例して電流が発生するが、電圧値は、一点鎖線で囲まれた範囲として示されるように、いわゆる、弱反転領域であり、温度特性による影響を受け易いため、高精度に電圧値を測定することが難しい。したがって、低照度時に、電圧値を用いて、光量を測定するのは非常に困難である。
そこで、図１の撮像素子１１においては、低照度時には、電源部３９のエラーアンプ８２の動作周波数（チャージポンプ回路８４の動作周波数）に基づいた電流値により照度を測定し、低照度ではない時には、対数トランジスタ６１の電圧値により照度を測定する。尚、対数トランジスタ６１に印加される電圧値により光量を測定する手法については、一般的なものであるので、ここでは、低照度時の説明のみをするものとする。
＜寄生容量＞
上述したように、低照度時は、対数トランジスタ６１において弱反転領域である。このため、図６で示されるように、１本の垂直転送線３０に接続される画素５０－１乃至５０－ｍの照度検出部３２との接続関係においては、無数の配線により列単位で寄生容量Ｃｘ（図２の寄生容量Ｃｘと同様）が発生する。
上述したように、低照度時は、対数トランジスタ６１において弱反転領域である。このため、図６で示されるように、１本の垂直転送線３０に接続される画素５０－１乃至５０－ｍの照度検出部３２との接続関係においては、無数の配線により列単位で寄生容量Ｃｘ（図２の寄生容量Ｃｘと同様）が発生する。
このため、弱反転領域の微弱電流を測定しようとすると、この寄生容量Ｃｘに応じた時定数によりフレーム周波数が律則され、HFR（High Frame Rate）での電流読出しが困難となる。結果として、例えば、高速での応答が要求される車載用途（例えば、ドライブレコーダに記録される画像で動作を決定するものや将来のミラーレス車におけるバックミラーやサイドミラーの画像に用いるといった用途）では、低照度時のセンシングは、十分な応答速度が得られない可能性がある。
また、この電流は、閾値Vth以下の電流によりばらつきを持ち、対数トランジスタ６１の製造上管理することが困難であり、画像として読み出しを行う場合、FPN（Fixed Pattern Noise）の発生を伴う可能性がある。
ここで画素の読み出し電圧と光量に応じて発生する電流値との関係式を以下の式（１）で示す。
ここでIpdは、フォトダイオード５１が受光する光量に応じて発生する電流値であり、Id0は対数トランジスタ６１のオンまたはオフが切り替わる閾値Vthが印可されたときの電流値であり、kbはボルツマン定数であり、nは電子数であり、qは電荷量であり、Tは絶対温度である。
式（１）で示されるように、弱反転領域、すなわち、拡散電流が支配的な条件下においては、一般的には、電圧値Voutは、温度の関数であり、環境温度に大きく特性が左右される。
図７は、環境温度が－３０℃（１点鎖線）、通常使用温度（Typical）（２点鎖線）、および１０５℃（実線）のそれぞれにおけるフォトダイオード５１が受光する照度（光量）と電圧値Voutとの関係を示している。すなわち、図７で示されるように、所定の照度の範囲において、電圧値は、照度の上昇に伴って、低下すると共に、高温になるほど電圧値は高くなり、かつ、照度の変化に対して、より高感度で変化する。逆に、電圧値は、低温になるほど低くなり、かつ、照度の変化に対して、より低感度で変化する。
＜低照度時の電流検出方法＞
そこで、本開示の撮像素子１１は、通常の照度時には、対数トランジスタ６１のIV変換による読み出しにより照度を検出し、低照度時には、対数トランジスタ６１に供給する電源部３９からの電流値に基づいて照度を検出する。基本的には、低照度時の特性は、電源部（DCDC電源）３９におけるエラーアンプ８２の動作周波数に基づいた電流値によって、照度変化を検出する。この際、対数トランジスタ６１の温度特性に対して、チャージポンプ回路８４の駆動条件であるデューティを変更することで補正する。
そこで、本開示の撮像素子１１は、通常の照度時には、対数トランジスタ６１のIV変換による読み出しにより照度を検出し、低照度時には、対数トランジスタ６１に供給する電源部３９からの電流値に基づいて照度を検出する。基本的には、低照度時の特性は、電源部（DCDC電源）３９におけるエラーアンプ８２の動作周波数に基づいた電流値によって、照度変化を検出する。この際、対数トランジスタ６１の温度特性に対して、チャージポンプ回路８４の駆動条件であるデューティを変更することで補正する。
通常、画素電源は、アナログ電源として、センサ内部のDCDC回路にて発生させて使用する。画素電源は、例えば、外部電源から直接供給される場合もあるが、モバイル機器はバッテリからDCDC回路を介して画素電源が供給される。
しかしながら、本開示では、電源部３９に対して電流検出部４０を設けて、電流検出部４０において電流値をデジタルデータとして検出する。
より詳細には、電流検出部４０は、図４で示されるように、パルスカウンタ１０１を設けており、PFM制御により、エラーアンプ８２の動作周波数と電流の関係を利用して負荷電流をデジタル値に変換して、検出する。
ここでエラーアンプ８２について説明する。エラーアンプ８２はFeed Back機構の一部として、電源部３９の出力電圧と電源８１の基準電圧との比較を行い、比較結果となるパルス信号を用いてPFM（Pulse Freqency Modulation）制御によりチャージポンプ回路８４の動作を制御する。
図８の上部で示されるように、PFM制御により駆動するチャージポンプ回路８４の動作周波数（CP動作周波数）は、対数トランジスタの負荷電流（Iload）に比例する。この関係は、以下の式（２）によっても示される。すなわち、負荷電流の増加に伴い、チャージポンプ回路８４に電荷を供給するため、動作周波数も上昇する。
ここで、Ｃは、チャージポンプコンデンサ容量であり、ｎは昇圧段数であり、Vinはチャージポンプ電源であり、Voutはチャージポンプ昇圧出力であり、ｆはチャージポンプ回路８４の動作周波数である。
また、図６でも示されるように、列単位での電流をまとめて検出することで、列毎に配置される対数トランジスタ６１のばらつきもキャンセルすることが可能となる。
すなわち、式（２）で示されるように、電流値は、CP（チャージポンプ回路８４）動作周波数に対して比例関係となるので、この関係を利用して、電流検出部４０は、パルスカウンタ１０１を利用して、カウント値を電流値として検出し、電源部３９におけるチャージポンプ回路８４の制御処理、および動体検出に用いる。
＜デューティによる温度補正＞
一方、PFM制御によりチャージポンプ回路８４を駆動させる際の電流値と動作周波数との関係を決めるファクタとして、デューティを考慮する必要がある。
一方、PFM制御によりチャージポンプ回路８４を駆動させる際の電流値と動作周波数との関係を決めるファクタとして、デューティを考慮する必要がある。
図８の下部に示されるように、ここでいうデューティとは、チャージポンプ回路８４がオンおよびオフを制御する１サイクルＴのうちの、オンにしている期間の割合を示すものであり、0乃至100%の間で可変に設定することが可能である。
仮に、一定電流とした場合に、デューティを変化させると、デューティの変化に比例して、動作周波数も変化する。この特性を利用することで、温度補正部４１のデューティ補正部１２１は、電流検出部４０の電流検出結果を環境温度に応じて補正する。
より具体的には、図８の上部で示されるように、PFM制御によりチャージポンプ回路８４を駆動させる際の負荷電流（Iload）に対するチャージポンプ回路８４の動作周波数（CP動作周波数）は、環境温度が高くなる程、低くなり、環境温度が低くなる程、高くなる。そこで、デューティ補正部１２１は、環境温度が高温の場合、デューティを大きくしてカウント値を小さくし、環境温度が低温の場合、デューティを小さくしてカウント値を大きくすることで、デューティによる温度補正を行う。
一方、式（１）および図９の中で示されているサブスレッショルドスロープ（ＳＳ）から示されるように、このサブスレッショルドスロープ特性は、温度に比例する。尚、図９の閾値Vth以下の弱反転領域となる範囲において、サブスレッショルドスロープＳＳ１乃至ＳＳ２の範囲で環境温度に応じて傾きが変化することが示されている。
ここで、Cdmは空乏層容量であり、Coxは酸化膜容量であり、qは電荷であり、kはボルツマン定数であり、Tは絶対温度であり、mは、1+Cdm/Coxである。
すなわち、対数トランジスタのIV特性は、特に低照度時には、同一光量（同一電流）においても、式（１）および式（３）に従い、図７で示されるように、温度特性により出力電圧が変化する。
しかしながら、電流検出部４０で検出する電流値は、エラーアンプ８２より供給されるエラー信号として示されるチャージポンプ回路８４の動作周波数をパルスカウンタ１０１によりカウントしたカウント値に基づいて求めており、回路特性を利用したものであるので、対数トランジスタ６１の拡散電流のようなデバイスの温度特性の影響を低減させることができる。
＜バイアス電流による温度補正＞
また、対数トランジスタ６１の温度補正も行われる。すなわち、図１０の左部で示されるように、図６の照度検出部３２の詳細な構成においては、対数トランジスタ６１の後段には、一般に電流源３２ａが設けられる。この電流源３２ａは、負荷抵抗として動作するため、図１０の中央部で示されるように可変抵抗３２ｂとし、抵抗を可変することで、出力電圧を変えることができる。
また、対数トランジスタ６１の温度補正も行われる。すなわち、図１０の左部で示されるように、図６の照度検出部３２の詳細な構成においては、対数トランジスタ６１の後段には、一般に電流源３２ａが設けられる。この電流源３２ａは、負荷抵抗として動作するため、図１０の中央部で示されるように可変抵抗３２ｂとし、抵抗を可変することで、出力電圧を変えることができる。
この電流源３２ａとして機能する可変抵抗３２ｂに流れる電流値をバイアス電流として、調整できるようにすることで、フォトダイオード５１により発生する電流値を調整することができる。そこで、図１０の右部で示されるように、この電流源３２ａとして機能する可変抵抗３２ｂと同様に機能するものとして、バイアストランジスタ６４が設けられており、バイアス補正部１２２が、環境温度に対応してバイアス電流を調整することで、フォトダイオード５１で発生する電流値を電圧に変換する際に、その出力電圧を調整することが可能となる。
＜温度補正テーブル＞
電流検出部４０による電流検出において、各環境温度条件下によって電流値-チャージポンプ動作周波数の特性がずれる場合も想定されるので、温度補正テーブル１２３には、例えば、図１１で示されるように、環境温度毎にチャージポンプ回路８４の動作周波数を補正するためのデューティと、バイアス電流とが予め設定されて、格納されている。
電流検出部４０による電流検出において、各環境温度条件下によって電流値-チャージポンプ動作周波数の特性がずれる場合も想定されるので、温度補正テーブル１２３には、例えば、図１１で示されるように、環境温度毎にチャージポンプ回路８４の動作周波数を補正するためのデューティと、バイアス電流とが予め設定されて、格納されている。
図１１においては、左から環境温度、対応するデューティ、およびバイアス電流値が、記載されている。より詳細には、環境温度は、上から－３０℃、－１０℃、・・・１２５℃と記載され、対応するデューティとして、Ｄ０％、Ｄ１％、・・・Ｄｎ％が記載され、対応するバイアス電流値として、ＢＡ０、ＢＡ１、・・・ＤＡｎが記載されている。
デューティ補正部１２１、およびバイアス補正部１２２は、図１１で示されるような温度補正テーブル１２３の情報に基づいて、環境温度に最適なデューティとバイアス電流とを補正することで、環境温度によらず、同一のチャージポンプの動作周波数とすることができ、環境温度に依存することなく動作周波数に基づいて電流値を特定することで、適切に照度を測定することが可能となる。
＜動き検出処理＞
次に、図１２のフローチャートを参照して、図１の撮像素子１１による、低照度時の動き検出処理について説明する。尚、この際、駆動モードは、センサモードであるものとし、電源部３９からは、順次画素アレイ３１の各画素５０に対して、チャージポンプ回路８４の出力である電力が順次供給されると共に、エラーアンプ８２により順次基準電位とチャージポンプ回路８４の出力である電力であるフィードバック電位とが比較される。そして、比較結果に基づいて、画素５０に供給されている電力のフィードバック電位が基準電位に達していない場合、エラーアンプ８２がエラー信号をタイミング制御部８３に供給し、チャージポンプ回路８４がPFM制御されて、出力電圧を昇圧する処理が繰り返される。ここでは、この一連の処理が繰り返されることが前提となる。同時に、エラー信号は、電流検出部４０にも供給され、電流検出部４０のパルスカウンタ１０１によりエラーアンプ８２（チャージポンプ回路８４）の動作周波数が求められて電流値として電流値格納部４２に格納される。
次に、図１２のフローチャートを参照して、図１の撮像素子１１による、低照度時の動き検出処理について説明する。尚、この際、駆動モードは、センサモードであるものとし、電源部３９からは、順次画素アレイ３１の各画素５０に対して、チャージポンプ回路８４の出力である電力が順次供給されると共に、エラーアンプ８２により順次基準電位とチャージポンプ回路８４の出力である電力であるフィードバック電位とが比較される。そして、比較結果に基づいて、画素５０に供給されている電力のフィードバック電位が基準電位に達していない場合、エラーアンプ８２がエラー信号をタイミング制御部８３に供給し、チャージポンプ回路８４がPFM制御されて、出力電圧を昇圧する処理が繰り返される。ここでは、この一連の処理が繰り返されることが前提となる。同時に、エラー信号は、電流検出部４０にも供給され、電流検出部４０のパルスカウンタ１０１によりエラーアンプ８２（チャージポンプ回路８４）の動作周波数が求められて電流値として電流値格納部４２に格納される。
ステップＳ３１において、温度補正部４１の温度測定部１２４は、環境温度を測定し、測定結果をデューティ補正部１２１、およびバイアス補正部１２２に供給する。
ステップＳ３２において、デューティ補正部１２１は、温度補正テーブル１２３にアクセスし、現在の環境温度に対応するデューティを読み出し、タイミング制御部８３に対して読み出したデューティでチャージポンプ回路８４を駆動させるように制御する。
ステップＳ３３において、バイアス補正部１２２は、温度補正テーブル１２３にアクセスし、現在の環境温度に対応するバイアス電流値を読み出し、バイアストランジスタ６６を制御して、読み出したバイアス電流値を流すようにする。
ステップＳ３４において、電流検出部４０のパルスカウンタ１０１は、エラーアンプ８２からのエラー信号をカウントし、パルスカウント値を、対数トランジスタ６１の負荷電流値として電流値格納部４２の格納部１４１－１，１４１－２のいずれか古いデータが格納されている格納部１４１に１フレーム分を上書きして格納させる。
ステップＳ３５において、フレーム差分検出部４３は、電流値格納部４２の格納部１４１－１，１４１－２のそれぞれに格納されている各フレームの電流値に対応するパルスカウント値の差分を求めることにより、フレーム間差分を求める。
ステップＳ３６において、フレーム差分検出部４３は、フレーム間差分となる差分値と、所定の閾値とを比較し、差分値が所定の閾値よりも大きくフレーム間差分に基づいて、画像内に動きがあったか否かを判定する。ステップＳ３６において、フレーム間差分が所定の閾値よりも大きく、変化が検出されて、画像内に動きがあると判定した場合、処理は、ステップＳ３７に進む。
ステップＳ３７において、フレーム差分検出部４３は、フレーム間差分に基づいて、画像内に動きを検出したことをセンサ制御部３７に通知する。この通知に基づいて、センサ制御部３７は、例えば、センサ駆動部３８の駆動モードを切り替えるように指示する。尚、ステップＳ３６において、動きが検出されないとみなされた場合、ステップＳ３７の処理がスキップされる。
ステップＳ３８において、電流検出部４０は、動作の終了が指示されたか否かを判定し、終了が指示されない場合、処理は、ステップＳ３１に戻り、それ以降の処理が繰り返される。そして、ステップＳ３８において、終了が指示されたと判定された場合、処理は、終了する。
以上の処理により、エラーアンプ８２からのエラー信号に基づいて、チャージポンプ回路８４の動作周波数に応じて対数トランジスタ６１の電流値を画素値として求めるようにすることで、低照度下における動き検出を、寄生容量Ｃｘなどによる影響を受けることなく、高速で検出することが可能となる。
また、環境温度に応じて、チャージポンプ回路８４のデューティを調整することで、チャージポンプ回路８４の動作周波数の低照度下における温度依存による影響を低減させることが可能となる。
さらに、環境温度に応じて、バイアス電流値を調整することで、対数トランジスタ６１の低照度下における温度依存による影響を低減させることが可能となる。
尚、チャージポンプ回路８４のデューティを調整することにより、実質的に、図７における光量に比例する電流値と、出力電圧との関係における直線の傾きを調整することが可能となる。また、バイアス電流値を調整することにより、実質的に、図７における光量に比例する電流値と、出力電圧との関係における直線の切片の位置を調整することが可能となる。結果として、環境温度によらず、チャージポンプ回路８４のデューティと、バイアス電流値とを調整することで、図７における通常使用温度（Typical）の直線の傾きと切片とに補正することが可能となる。
より具体的には、例えば、図１３で示されるように、垂直同期信号ＶＳが入力される時刻Ｔ０乃至Ｔ１において、１枚目の暗い画像Ｐ０が入力されたとき、エラーアンプ８２の動作周波数が低い、１フレーム分の周波数カウント値Ｃ０がカウントされ、時刻Ｔ１において、このカウント値Ｃ０が格納される。このとき、直前のカウント値がないので、直前の動作モードであるMODE Aであった場合、その動作モードが継続される。
また、時刻Ｔ１乃至Ｔ２において、１枚目よりも明るい２枚目の画像Ｐ１が入力されたとき、エラーアンプ８２の動作周波数が高くなり、その１フレーム分の周波数カウント値Ｃ１がカウントされ、時刻Ｔ２において、このカウント値Ｃ１が格納される。このとき、直前のカウント値Ｃ０とＣ１との差分が閾値より大きい場合には、動きが検出されることになる。図１３においては、画像Ｐ０，Ｐ１との間に明るさの変化があるので、カウント値Ｃ０，Ｃ１間においても変化があるものとみなされる。このため、直前の動作モードである動作モードMODE Aであった場合、その動作モードから動きに対応した動作モードMODE Bに遷移させることが可能となる。
尚、図１３は、上から、垂直同期信号VSのタイミング、チャージポンプ回路８４の電流値、照度の変化を示す入力画像の照度変化イメージ、エラーアンプ動作周波数、周波数カウント、電流値格納部への格納タイミング、および電流値に応じた制御処理モードを表している。
以上の処理により、本開示の撮像素子により、低照度下であって、かつ、環境温度に変化があるような条件下でも、高速で、かつ、高精度に動きを検出することが可能となる。
結果として、低照度下において、動きが検出されるまでは、上述した一連の処理を繰り返すことで駆動モードをセンサモードにし、動きが検出されるとき、画素アレイ３１の各画素５０により撮像される画素信号をコンパレータ３３およびカウンタ３４を使用して、AD変換することで、高精細な画像を出力させる駆動モード、すなわち、撮像モードに切り替えるようにさせるようにすることができる。さらに、駆動モードが撮像モードであるとき、所定の照度よりも低く、かつ、動きが検出されないような場合、再び、センスモードに切り替えるようにしてもよい。
これにより低照度下であって、かつ、動きに変化がない画像が所定時間継続するような場合、駆動モードを撮像モードからセンサモードに遷移させることで、コンパレータ３３やカウンタ３４を動作せずに済ませることができるので、省電力化を実現することが可能となる。また、低照度下でも、動きを高速で検出することができるので、動きが検出されれば、駆動モードを迅速にセンサモードから撮像モードに遷移させることが可能となり、高速の画像処理が要求される、例えば、車載用途などでも十分にその機能を発揮させることが可能となる。
また、Rolling-Shutter動作である場合、列方向の対数トランジスタ６１は、１個の電流値としてモニタされ、画素５０単位の電流値は検出できないが、列毎に電流値が検出され、かつ、面内の対数トランジスタ６１毎の閾値Vthのばらつきの影響はチャージポンプ電流として平均化されることになるので、検出の安定性を高めることが可能となる。
さらに、以上においては、チャージポンプ回路８４の動作周波数となるエラーアンプ８２の動作周波数に基づいて、電流値を求める例について説明してきたが、電源となる電力を調整する構成の動作周波数であれば、チャージポンプ回路以外の構成であってもよく、例えば、スイッチングレギュレータであってもよい。
また、電流検出部４０は、電源部３９内に一体化した構成とするようにしてもよい。
＜応用例＞
以上においては、低照度下における撮像素子１１における動き検出を高速で、かつ、高精度に実現させる例について説明してきたが、有機ELを発光させる際に流れる電流値を同様の手法で検出し、過電流が流れないように制限することで、有機EL（Electro-Luminescence（OLED：Organic Light Emitting Diode））のACL（Automatic Current Limiter）を実現するようにしてもよい。
以上においては、低照度下における撮像素子１１における動き検出を高速で、かつ、高精度に実現させる例について説明してきたが、有機ELを発光させる際に流れる電流値を同様の手法で検出し、過電流が流れないように制限することで、有機EL（Electro-Luminescence（OLED：Organic Light Emitting Diode））のACL（Automatic Current Limiter）を実現するようにしてもよい。
図１４は、OLEDのACLを実現した表示装置１５１の構成例を示している。
表示装置１５１は、OLED１６１、ドライバトランジスタ１６２、電源部１６３、電流検出部１６４、電流値格納部１６５、ACL１６６、ドライバ１６７、およびSPI（Serial Peripheral Interface）１６８を備えている。
OLED１６１は、電源部１６３より供給される電力により発光する。尚、電源部１６３の構成については、図１５を参照して、詳細を後述する。
電流検出部１６４は、基本的に電流検出部４０と同様の構成であり、パルスカウンタ１６４ａを備えており、OLED１６１に供給している電流値を電源部１６３に設けられたエラーアンプ１７３（図１５）の動作周波数をカウントしてカウント値を電流値として電流値格納部１６５に格納する。
ACL１６６は、例えば、垂直ブランキング期間に、電流値格納部１６５に格納されているカウント値を読み出し、現在の電流値を求めて、上限値となる電流値に対応するカウント値を超えるとき、ドライバ１６７にドライバトランジスタ１６２を閉じるように指令を出力する。
ドライバ１６７は、ACL１６６からの指令に基づいて、ドライバトランジスタ１６２の開閉を制御する。
SPI（Serial Peripheral Interface）１６８は、電流検出部１６４に格納されているカウント値を読み出し、対応する電流値を求めて、電流値に応じた各種の処理を実現させる。
＜図１４の電源部の構成例＞
ここで、図１５を参照して、図１４の電源部１６３の構成例について説明する。
ここで、図１５を参照して、図１４の電源部１６３の構成例について説明する。
電源部１６３は、コイル１７０、ダイオード１７１、コンデンサ１７２、エラーアンプ１７３、基準電源出力回路１７４、ラッチ１７５、増幅回路１７６、AND回路１７７、増幅回路１７８、LS（Level Shifter）１７９、増幅回路１８０、VDD１８１、およびスイッチ１８２を備えている。
コイル１７０、ダイオード１７１、コンデンサ１７２、VDD１８１、およびスイッチ１８２は、スイッチングレギュレータを構成している。
エラーアンプ１７３は、OLED１６１の電位と基準電位VSSとを比較し、OLED１６１の電位が基準電位よりも高いか否かを判定し、高い場合、ラッチ１７５にエラーではないことを示す信号を格納し、OLED１６１の電圧が基準電位よりも高くない場合、ラッチ１７５にエラー信号を格納する。
ラッチ１７５は、クロック制御信号に同期してパルスカウンタ１６４ａ、およびAND回路１７７に出力する。また、増幅回路１７６は、クロック制御信号を増幅してAND回路１７７に出力する。
AND回路１７７は、ラッチ１７５に格納されたエラーアンプ１７３の信号をクロック制御信号に同期して、増幅回路１７８、LS（Level Shifter）１７９、および増幅回路１８０を介してスイッチ１８２に出力する。
すなわち、図１５の電源部１６３においては、エラーアンプ１７３が、OLED１６１の電位と基準電位とを比較し、比較結果に応じて、スイッチ１８１を開閉させることで、VDD１８２の印加電圧を調整する。
この際、エラーアンプ１７３は、ラッチ１７５を介して、エラー信号をパルスカウンタ１６４ａに出力する。これにより、パルスカウンタ１６４ａは、このエラーアンプ１７３の動作周波数となるパルスカウント値を、OLED１６１の電流値として電流値格納部１６５に格納させる。
以上の構成により、ACL１６６は、電流値格納部１６５に格納されている、今現在のOLED１６１に流れる電流値をパルスカウント値として読み出して、ドライバ１６７を制御して、ドライバトランジスタ１６２の開閉を制御することにより、OLED１６１に過大な電流が流れないように制御する。
結果として、OLED１６１に流れる過大電流により、OLED１６１を長寿命化することが可能となる。
＜電子機器への適用例＞
上述した撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
上述した撮像素子は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
図１６は、本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１６に示される撮像装置２０１は、光学系２０２、シャッタ装置２０３、固体撮像素子２０４、駆動回路２０５、信号処理回路２０６、モニタ２０７、およびメモリ２０８を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系２０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの光（入射光）を固体撮像素子２０４に導き、固体撮像素子２０４の受光面に結像させる。
シャッタ装置２０３は、光学系２０２および固体撮像素子２０４の間に配置され、駆動回路１００５の制御に従って、固体撮像素子２０４への光照射期間および遮光期間を制御する。
固体撮像素子２０４は、上述した固体撮像素子を含むパッケージにより構成される。固体撮像素子２０４は、光学系２０２およびシャッタ装置２０３を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像素子２０４に蓄積された信号電荷は、駆動回路２０５から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って転送される。
駆動回路２０５は、固体撮像素子２０４の転送動作、および、シャッタ装置２０３のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像素子２０４およびシャッタ装置２０３を駆動する。
信号処理回路２０６は、固体撮像素子２０４から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路２０６が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ２０７に供給されて表示されたり、メモリ２０８に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている撮像装置２０１においても、上述した光学系２０２、シャッタ装置２０３、および固体撮像素子２０４に代えて、本開示の図１で示される撮像素子１１を適用することにより、低照度においても、高速度で、かつ、高精度にセンサとして機能させることが可能となる。
＜撮像素子の使用例＞
＜撮像素子の使用例＞
図１７は、上述の図１の撮像素子１１を使用する使用例を示す図である。
上述した撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
尚、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
＜１＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む撮像素子。
＜２＞ 前記フォトダイオードと前記電源部との間に、ダイオード接続されたトランジスタからなる対数トランジスタをさらに含む
＜１＞に記載の撮像素子。
＜３＞ 前記照度検出部は、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記対数トランジスタの負荷電流値を求め、前記負荷電流値に応じた照度を検出する
＜２＞に記載の撮像素子。
＜４＞ 前記電源部は、チャージポンプ回路、または、スイッチングレギュレータ回路を含むDCDC電源である
＜１＞乃至＜３＞のいずれかに記載の撮像素子。
＜５＞ 前記照度検出部は、前記エラー検出部より出力される前記パルス信号のパルスカウント数をカウントするパルスカウンタを含み、
前記エラー検出部は、前記チャージポンプ回路、または、前記スイッチングレギュレータ回路におけるエラーアンプであり、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーの検出結果を、パルス信号として出力し、
前記照度検出部は、前記パルスカウント数に基づいて、PFM（Pulse Freqency Modulation）制御による前記動作周波数を求めて、前記照度として検出する
＜４＞に記載の撮像素子。
＜６＞ 環境温度を測定する温度測定部と、
前記環境温度に基づいて、前記チャージポンプ回路のデューティを切り替えて温度補正するデューティ補正部とをさらに含む
＜４＞に記載の撮像素子。
＜７＞ 前記環境温度毎のデューティを示す温度補正テーブルをさらに含み、
前記デューティ補正部は、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するデューティを読み出し、前記チャージポンプ回路のデューティを、読み出した前記デューティに切り替えて温度補正する
＜６＞に記載の撮像素子。
＜８＞ 環境温度を測定する温度測定部と、
前記環境温度に基づいて、前記対数トランジスタのバイアス電流を切り替えて温度補正するバイアス補正部とをさらに含む
＜４＞に記載の撮像素子。
＜９＞ 前記環境温度毎のバイアス電流値を示す温度補正テーブルをさらに含み、
前記バイアス補正部は、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するバイアス電流値を読み出し、前記対数トランジスタのバイアス電流を、読み出した前記バイアス電流値に切り替えて温度補正する
＜８＞に記載の撮像素子。
＜１０＞ 前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納する格納部と、
前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求めるフレーム間差分検出部と、
前記フレーム間差分に基づいて、前記画素により撮像された画像の動きを検出する動き検出部とを含む
＜５＞に記載の撮像素子。
＜１１＞ 前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換部をさらに含み、
前記照度が所定の照度よりも低照度の場合、
前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、
前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出し、
前記格納部が、前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納し、
前記フレーム間差分検出部が、前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求め、
前記動き検出部が、前記フレーム間差分に基づいて、前記画素により撮像された画像の動きを検出し、
前記動き検出部により動きが検出された場合、
前記アナログデジタル変換部が、前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換する
＜１０＞に記載の撮像素子。
＜１２＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する照度検出部とを含む撮像素子の制御方法であって、
前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、
前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する
撮像素子の動作方法。
＜１３＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む撮像装置。
＜１４＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む電子機器。
＜１＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む撮像素子。
＜２＞ 前記フォトダイオードと前記電源部との間に、ダイオード接続されたトランジスタからなる対数トランジスタをさらに含む
＜１＞に記載の撮像素子。
＜３＞ 前記照度検出部は、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記対数トランジスタの負荷電流値を求め、前記負荷電流値に応じた照度を検出する
＜２＞に記載の撮像素子。
＜４＞ 前記電源部は、チャージポンプ回路、または、スイッチングレギュレータ回路を含むDCDC電源である
＜１＞乃至＜３＞のいずれかに記載の撮像素子。
＜５＞ 前記照度検出部は、前記エラー検出部より出力される前記パルス信号のパルスカウント数をカウントするパルスカウンタを含み、
前記エラー検出部は、前記チャージポンプ回路、または、前記スイッチングレギュレータ回路におけるエラーアンプであり、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーの検出結果を、パルス信号として出力し、
前記照度検出部は、前記パルスカウント数に基づいて、PFM（Pulse Freqency Modulation）制御による前記動作周波数を求めて、前記照度として検出する
＜４＞に記載の撮像素子。
＜６＞ 環境温度を測定する温度測定部と、
前記環境温度に基づいて、前記チャージポンプ回路のデューティを切り替えて温度補正するデューティ補正部とをさらに含む
＜４＞に記載の撮像素子。
＜７＞ 前記環境温度毎のデューティを示す温度補正テーブルをさらに含み、
前記デューティ補正部は、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するデューティを読み出し、前記チャージポンプ回路のデューティを、読み出した前記デューティに切り替えて温度補正する
＜６＞に記載の撮像素子。
＜８＞ 環境温度を測定する温度測定部と、
前記環境温度に基づいて、前記対数トランジスタのバイアス電流を切り替えて温度補正するバイアス補正部とをさらに含む
＜４＞に記載の撮像素子。
＜９＞ 前記環境温度毎のバイアス電流値を示す温度補正テーブルをさらに含み、
前記バイアス補正部は、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するバイアス電流値を読み出し、前記対数トランジスタのバイアス電流を、読み出した前記バイアス電流値に切り替えて温度補正する
＜８＞に記載の撮像素子。
＜１０＞ 前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納する格納部と、
前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求めるフレーム間差分検出部と、
前記フレーム間差分に基づいて、前記画素により撮像された画像の動きを検出する動き検出部とを含む
＜５＞に記載の撮像素子。
＜１１＞ 前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換部をさらに含み、
前記照度が所定の照度よりも低照度の場合、
前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、
前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出し、
前記格納部が、前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納し、
前記フレーム間差分検出部が、前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求め、
前記動き検出部が、前記フレーム間差分に基づいて、前記画素により撮像された画像の動きを検出し、
前記動き検出部により動きが検出された場合、
前記アナログデジタル変換部が、前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換する
＜１０＞に記載の撮像素子。
＜１２＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する照度検出部とを含む撮像素子の制御方法であって、
前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、
前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する
撮像素子の動作方法。
＜１３＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む撮像装置。
＜１４＞ 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む電子機器。
１１ 撮像装置， ３０，３０－１乃至３０－ｎ 垂直転送線， ３１ 画素アレイ， ３２，３２－１乃至３２－ｎ 照度検出部， ３３ コンパレータ， ３４ カウンタ， ３５ Hi-Speed I/F， ３６ 動き検出部， ３７ センサ制御部， ３８ センサ駆動部， ３９ 電源部， ４０ 電流検出部， ４０ａ パルスカウンタ， ４１ 温度補正部， ４２ 電流値格納部， ４３ フレーム差分検出部， ５０，５０－１乃至５０－ｐ 画素， ５１ フォトダイオード， ５２ 転送トランジスタ， ５３ リセットトランジスタ， ５４ FD（フローティングディフュージョン）， ５５ 増幅トランジスタ， ５６ 選択トランジスタ， ６１ 対数トランジスタ， ６２ 増幅トランジスタ， ６３ 選択トランジスタ， ６４ バイアストランジスタ， ８１ 電源， ８２ エラーアンプ， ８３ タイミング制御部， ８４ チャージポンプ回路， １０１ パルスカウンタ， １２１ デューティ補正部， １２２ バイアス補正部， １２３ 温度補正テーブル， １２４ 温度測定部， １４１，１４１－１，１４１－２ 格納部， １６１ OLED（有機EL）， １６２ ドライバトランジスタ， １６３ 電源部， １６４ 電流検出部， １６４ａ パルスカウンタ， １６５ 電流値格納部， １６６ ACL， １６７ ドライバ， １７３ エラーアンプ
Claims (14)
- 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む撮像素子。 - 前記フォトダイオードと前記電源部との間に、ダイオード接続されたトランジスタからなる対数トランジスタをさらに含む
請求項１に記載の撮像素子。 - 前記照度検出部は、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記対数トランジスタの負荷電流値を求め、前記負荷電流値に応じた照度を検出する
請求項２に記載の撮像素子。 - 前記電源部は、チャージポンプ回路、または、スイッチングレギュレータ回路を含むDCDC電源である
請求項１に記載の撮像素子。 - 前記照度検出部は、前記エラー検出部より出力される前記パルス信号のパルスカウント数をカウントするパルスカウンタを含み、
前記エラー検出部は、前記チャージポンプ回路、または、前記スイッチングレギュレータ回路におけるエラーアンプであり、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーの検出結果を、パルス信号として出力し、
前記照度検出部は、前記パルスカウント数に基づいて、PFM（Pulse Frequency Modulation）制御による前記動作周波数を求めて、前記照度として検出する
請求項４に記載の撮像素子。 - 環境温度を測定する温度測定部と、
前記環境温度に基づいて、前記チャージポンプ回路のデューティを切り替えて温度補正するデューティ補正部とをさらに含む
請求項４に記載の撮像素子。 - 前記環境温度毎のデューティを示す温度補正テーブルをさらに含み、
前記デューティ補正部は、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するデューティを読み出し、前記チャージポンプ回路のデューティを、読み出した前記デューティに切り替えて温度補正する
請求項６に記載の撮像素子。 - 環境温度を測定する温度測定部と、
前記環境温度に基づいて、前記対数トランジスタのバイアス電流を切り替えて温度補正するバイアス補正部とをさらに含む
請求項４に記載の撮像素子。 - 前記環境温度毎のバイアス電流値を示す温度補正テーブルをさらに含み、
前記バイアス補正部は、前記温度補正テーブルより、前記環境温度に対応するバイアス電流値を読み出し、前記対数トランジスタのバイアス電流を、読み出した前記バイアス電流値に切り替えて温度補正する
請求項８に記載の撮像素子。 - 前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納する格納部と、
前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求めるフレーム間差分検出部と、
前記フレーム間差分に基づいて、前記画素により撮像された画像の動きを検出する動き検出部とを含む
請求項５に記載の撮像素子。 - 前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換部をさらに含み、
前記照度が所定の照度よりも低照度の場合、
前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、
前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出し、
前記格納部が、前記パルスカウント数をフレーム単位で、かつ、列毎に、複数のフレーム数分だけ格納し、
前記フレーム間差分検出部が、前記複数のフレーム間の前記パルスカウント数の差分を、フレーム間差分として求め、
前記動き検出部が、前記フレーム間差分に基づいて、前記画素により撮像された画像の動きを検出し、
前記動き検出部により動きが検出された場合、
前記アナログデジタル変換部が、前記フォトダイオードにより蓄積された電荷に基づいて生成される画素信号をアナログデジタル変換する
請求項１０に記載の撮像素子。 - 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する照度検出部とを含む撮像素子の制御方法であって、
前記エラー検出部が、前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出し、
前記照度検出部が、前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、前記照度を検出する
撮像素子の動作方法。 - 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む撮像装置。 - 入射光の光量に応じた電荷を蓄積する、アレイ状に配置されたフォトダイオードからなる画素と、
前記フォトダイオードと接続された電源部と、
前記電源部の出力と、基準電位との比較により前記電源部の出力のエラーを検出するエラー検出部と、
前記エラー検出部の動作周波数に基づいて、照度を検出する照度検出部と
を含む電子機器。
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| PCT/JP2017/032019 Ceased WO2018056051A1 (ja) | 2016-09-20 | 2017-09-06 | 撮像素子および撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器 |
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003134397A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-09 | Honda Motor Co Ltd | 光センサ回路 |
| JP2008192324A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-21 | Sharp Corp | 照度センサ及び調光制御装置 |
| JP2010130364A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Sony Corp | タイミング調整回路、固体撮像素子、およびカメラシステム |
| JP2011160090A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Sony Corp | 画像処理装置、および信号処理方法、並びにプログラム |
| JP2011160554A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 電源回路及び電子機器 |
-
2017
- 2017-09-06 WO PCT/JP2017/032019 patent/WO2018056051A1/ja not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003134397A (ja) * | 2001-10-24 | 2003-05-09 | Honda Motor Co Ltd | 光センサ回路 |
| JP2008192324A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-21 | Sharp Corp | 照度センサ及び調光制御装置 |
| JP2010130364A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Sony Corp | タイミング調整回路、固体撮像素子、およびカメラシステム |
| JP2011160090A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Sony Corp | 画像処理装置、および信号処理方法、並びにプログラム |
| JP2011160554A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 電源回路及び電子機器 |
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