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JP3904366B2 - Image sensor - Google Patents
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JP3904366B2 - Image sensor - Google Patents

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JP3904366B2 JP2000092971A JP2000092971A JP3904366B2 JP 3904366 B2 JP3904366 B2 JP 3904366B2 JP 2000092971 A JP2000092971 A JP 2000092971A JP 2000092971 A JP2000092971 A JP 2000092971A JP 3904366 B2 JP3904366 B2 JP 3904366B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低消費電力モードを有する動画像撮像用イメージセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯装置に用いられるイメージセンサでは、消費電力の低減化が要求されている。
【0003】
半導体チップの消費電力低減化には、次のような方法がある。
【0004】
(1)動作不要期間において、動作クロックを停止させる。
【0005】
(2)分周器でクロック周波数を1/2、1/4又は1/8等に低下させる。
【0006】
しかし、イメージセンサのチップは、アナログ回路とデジタル回路とを備え、デジタル回路の消費電力に対するアナログ回路のそれの比が大きいので、このような方法では動画像を撮像する場合のイメージセンサの消費電力を大きく低減することができない。
【0007】
アナログ回路の電源をオン/オフ制御すると、オフの影響が1フレーム後に出るので、電源を単純にオフにすることはできない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
他方、試写体の変化が緩やかである場合や試し撮り等においては、必ずしも全コマ撮像する必要がないので、フレームレートを落としてその分だけ低消費電力化したい。
【0009】
本発明の目的は、このような点に着目し、電源のオン/オフ制御を細かく行なうことによりフレームレートを落として低消費電力化することが可能なイメージセンサを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
本発明の第1態様のイメージセンサでは、
受光素子を含む画素が2次元的に配列された画素アレイと、
該画素アレイを走査して画素から光積分信号を読み出させる読み出し回路と、
該画素アレイが光積分を行う間は、該読み出し回路への電源供給を停止させる制御回路と、
を備えている。
【0011】
このイメージセンサによれば、光積分期間において読み出し回路への電源供給が停止するので、イメージセンサを低消費電力化することが可能である。換言すれば、従来、光積分と読み出しとが並列動作していたものを、上記のように時分割でオン/オフ制御するので、フレームレートを落とした低消費電力化が効果的に達成される。
【0012】
本発明の第2態様のイメージセンサでは、上記第1態様において上記制御回路は、所定の期間、上記画素アレイと上記読み出し回路とに電源を供給させない。
【0013】
このイメージセンサによれば、所定の期間、画素アレイ及び読み出し回路への電源供給が停止するので、さらにイメージセンサを低消費電力化することが可能である。
【0014】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0016】
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。2次元イメージセンサは、例えばMOS型である。
【0017】
画素アレイ10は、行及び列に配列された画素(例えばホトダイオード、該ホトダイオードの一端に接続された電位リセット用トランジスタスイッチ、該ホトダイオードの該一端と垂直バスラインの間に直列接続されたバッファアンプ及び読み出し用トランジスタスイッチ)を備えている。垂直走査回路11は、画素アレイ10を線(行)順次に走査する。これにより、選択された行の受光素子に光積分された信号が垂直バス12上に読み出される(垂直読み出し)。垂直バス12上の信号は、サンプルホールド制御回路13からの制御信号に応答して、サンプルホールド回路14に保持される。選択された行の受光素子がリセットされて、この行の光積分が開始される。
【0018】
サンプルホールド回路14は例えば、相関2重サンプリング回路(CDS)であり、この場合、光積分信号の読み出し及び保持の詳細は次の通りである。サンプルホールド回路がリセットされ、第1回サンプリングにより(光積分信号Vx)+(フォトダイオードに結合されたトランジスタの特性のばらつきに依存した成分ΔV)の電圧がサンプルホールド回路14にサンプリングされ、次いで選択行の受光素子がリセットされ、次いで第2回サンプリングにより、Vx+ΔVとΔVの差である光積分信号電圧Vxがサンプルホールド回路14に保持される。
【0019】
水平走査回路15はサンプルホールド回路14を点順次に走査する。これにより、選択されたサンプルホールド回路の出力信号が水平バス16上に読み出される(水平読み出し)。水平バス16上の信号は、増幅回路17で増幅された後、A/D変換回路18でデジタル値に変換される。
【0020】
タイミング制御回路19は、クロックCLKに基づいて、垂直走査回路11、サンプルホールド制御回路13及び水平走査回路15を動作させるための制御信号を生成する。参照電圧発生回路20は、画素アレイ10にリセット電圧を供給し、サンプルホールド回路14及び増幅回路17に参照電圧を供給する。この参照電圧発生回路20は、電源回路21の一部である。
【0021】
電源回路21にはモード信号MODEが供給され、モード信号MODEが通常モードを示している時には、電源回路21は各回路へ電源電圧を常時供給する。モード信号MODEが低消費電力モードを示している時には、電源回路21は、電源制御回路22からのイネーブル信号EN1が活性である期間、ブロックBL1に電源電圧を供給し、イネーブル信号EN1が不活性の期間、この供給を停止し、電源制御回路22からのイネーブル信号EN2が活性である期間、ブロックBL2に電源電圧を供給し、イネーブル信号EN2が不活性の期間、この供給を停止する。
【0022】
ブロックBL1は、画素アレイ10と垂直走査回路11とを含む。ブロックBL2は、サンプルホールド制御回路13と、サンプルホールド回路14と、水平走査回路15と、増幅回路17と、A/D変換回路18とを含む。
【0023】
電源回路21は、低消費電力モードであっても、タイミング制御回路19及び電源制御回路22には電源電圧を常時供給する。
【0024】
参照電圧発生回路20は電源回路21の一部であるので、電源回路21がブロックBL1に電源電圧を供給する時には、参照電圧発生回路20は画素アレイ10にリセット電圧を供給し、電源回路21がブロックBL2に電源電圧を供給する時には、参照電圧発生回路20はサンプルホールド回路14にリセット電圧を供給するとともに、増幅回路17に参照電圧を供給する。
【0025】
電源制御回路22では、3進カウンタ23のクロック入力端にタイミング制御回路19から垂直同期信号VSYNCが供給され、カウンタ23の出力の下位ビットQ0がイネーブル信号EN2であり、カウンタ23の出力の上位ビットQ1をインバータ24で反転したものがイネーブル信号EN1である。カウンタ23は、カウント0、1及び2をサイクリックに出力し、カウントが0及び1のときイネーブル信号EN1が高レベルとなり、カウントが1のときイネーブル信号EN2が高レベルとなる。
【0026】
図2は、図1中の電源制御回路22の動作を示すタイムチャートである。
【0027】
次に、上記の如く構成されたイメージセンサの動作を、低消費電力モードの場合について説明する。
【0028】
初期状態では、カウンタ23のカウントが2であるとする。この状態では、ブロックBL1及びBL2には電源電圧が供給されていない。
【0029】
(光積分期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが0になり、イネーブル信号EN1が高レベルに遷移してブロックBL1に電源電圧が供給される。
【0030】
垂直走査回路11は、タイミング制御回路19からの制御信号に応答して、垂直走査を行なう。これにより、上述の垂直読み出し及びリセットが線順次に行なわれる。ブロックBL2には電源電圧が供給されていないので、その電力消費は生じない。
【0031】
(読み出し期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが1になり、EN2が高レベルに遷移してブロックBL2にも電源電圧が供給される。
【0032】
ブロックBL1では垂直読み出し及びリセットが線順次に行なわれ、ブロックBL2ではサンプルホールド回路14に1行分の信号が保持される毎に、上記水平読み出しが行われる。
【0033】
すなわち、この読み出し期間での動作は、通常モードでのそれと同じである。
【0034】
(パワーオフ期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが2になり、イネーブル信号EN1及びEN2が共に低レベルに遷移して、ブロックBL1及びBL2への電源電圧供給が停止される。
【0035】
以下、このような光積分、読み出し及びパワーオフの期間がサイクリックに繰り返される。
【0036】
消費電流は、例えば次の通りである。
【0037】
画素アレイ10:約1mA
垂直走査回路11、サンプルホールド制御回路13、水平走査回路15、タイミング制御回路19及び電源制御回路22の合計消費電流:約3mA
サンプルホールド回路14:約2.5mA
増幅回路17:約8mA
A/D変換回路18:約12mA
参照電圧発生回路20:約0.5mA
ブロックBL2に含まれているサンプルホールド回路14、増幅回路17及びA/D変換回路18の合計消費電流は約22.5mAと比較的大きい。
【0038】
本第1実施形態によれば、光積分期間において、ブロックBL2への電源電圧供給が停止し、さらに、パワーオフ期間ではブロックBL1及びBL2への電源電圧供給が停止するので、例えば10フレーム期間では、イメージセンサの消費電力を通常動作モード時の約1/3にすることが可能である。
【0039】
[第2実施形態]
図3は、本発明の第2実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【0040】
電源回路21Aは、低消費電力モードであっても、画素アレイ10には電源電圧を常に供給している。
【0041】
低消費電力モードである時、電源回路21Aは、イネーブル信号EN1Aが活性である期間、垂直走査回路11に電源電圧を供給し、イネーブル信号EN1Aが不活性の期間、この供給を停止する。
【0042】
電源制御回路22Aでは、カウンタ23の出力ビットQ0をインバータ24で反転した信号がイネーブル信号EN1であり、カウンタ23の出力ビットQ1がイネーブル信号EN2である。
【0043】
他の点は、図1と同一構成である。
【0044】
図4は、図3中の電源制御回路22Aの動作を示すタイムチャートである。
【0045】
次に、上記の如く構成されたイメージセンサの動作を、低消費電力モードの場合について説明する。
【0046】
初期状態では、カウンタ23のカウントが2であるとする。この状態では、垂直走査回路11及びブロックBL2に電源電圧が供給されている。
【0047】
(第1光積分期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが0になり、イネーブル信号EN2が低レベルに遷移してブロックBL2への電源電圧供給が停止される。
【0048】
垂直走査回路11は、タイミング制御回路19からの制御信号に応答して、垂直走査を行なう。これにより、上述の垂直読み出し及びリセットが線順次に行なわれる。
【0049】
(第2光積分期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが1になり、イネーブル信号EN1Aが低レベルに遷移して垂直走査回路11への電源電圧供給が停止される。
【0050】
これにより、画素アレイ10では光積分のみ行われる。
【0051】
(読み出し期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが2になり、イネーブル信号EN1及びEN2が高レベルに遷移して、ブロックBL1及びBL2へ電源電圧が供給される。
【0052】
これにより、第1実施形態での読み出しと同じ動作が行われる。
【0053】
以下、このような第1光積分、第2光積分及びパワーオフの期間がサイクリックに繰り返される。
【0054】
本第2実施形態によれば、第1及び第2の光積分期間においてブロックBL2への電源電圧供給がオフであり、パワーオフに近い状態になるので、例えば15フレーム期間では、イメージセンサの消費電力を通常動作モード時の50%以下にすることが可能である。また、光積分時間が第1実施形態の2倍となって、イメージセンサの感度が向上する。
【0055】
なお、電源制御回路22Aの3進カウンタ23を4進以上のカウンタにすると共に論理構成を変更することにより、第2光積分期間を複数フレーム期間にして、光積分時間を第1実施形態より増やしてもよい。
【0056】
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【0057】
電源回路21Bは、低消費電力モードであっても、画素アレイ10及び垂直走査回路11には電源電圧を常に供給している。したがって、電源回路21Bにはイネーブル信号EN1が供給されない。
【0058】
電源制御回路22Bでは、カウンタ23の出力ビットQ0とQ1とがオアゲート25に供給され、オアゲート25の出力がイネーブル信号EN2である。
【0059】
他の点は、図1と同一構成である。
【0060】
図6は、図5中の電源制御回路22Bの動作を示すタイムチャートである。
【0061】
次に、上記の如く構成されたイメージセンサの動作を、低消費電力モードの場合について説明する。
【0062】
初期状態では、カウンタ23のカウントが2であるとする。この状態では、ブロックBL2に電源電圧が供給されている。
【0063】
(光積分期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが0になり、イネーブル信号EN2が低レベルに遷移してブロックBL2への電源電圧供給が停止される。
【0064】
垂直走査回路11は、タイミング制御回路19からの制御信号に応答して、垂直走査を行なう。これにより、上述の垂直読み出し及びリセットが線順次に行なわれる。
【0065】
(第1読み出し期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが1になり、イネーブル信号EN2が高レベルに遷移してブロックBL2への電源電圧供給が停止される。
【0066】
これにより、第1実施形態での読み出しと同じ動作が行われる。
【0067】
(第2読み出し期間)
垂直同期信号VSYNCの立ち上がりに応答してカウンタ23のカウントが2になり、イネーブル信号EN2は高レベルを維持する。
【0068】
これにより、上記読み出しと同じ動作が行われる。
【0069】
以下、このような光積分、第1読み出し及び第2読み出しの期間がサイクリックに繰り返される。
【0070】
本第3実施形態によれば、光積分期間においてブロックBL2への電源電圧供給がオフであるのでパワーオフに近い状態になり、イメージセンサの消費電力を通常動作モード時の約2/3にすることが可能である。さらに、3フレーム期間中2フレーム期間が読み出しであるので、フレームレートを第1実施形態の2倍にすることができる。
【0071】
[第4実施形態]
図7は、本発明の第4実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【0072】
このイメージセンサは、図1のそれに類似しており、図1中のイネーブル信号EN2がイネーブル信号EN21〜EN23に分けれている点で第1実施形態と異なる。
【0073】
低消費電力モードである時、電源回路21Cは、イネーブル信号EN21が活性である期間、サンプルホールド制御回路13、サンプルホールド回路14及び水平走査回路15に電源電圧を供給し、イネーブル信号EN21が不活性の期間、この供給を停止し、イネーブル信号EN22が活性である期間、増幅回路17に電源電圧を供給し、イネーブル信号EN22が不活性の期間、この供給を停止し、イネーブル信号EN23が活性である期間、A/D変換回路18に電源電圧を供給し、イネーブル信号EN23が不活性の期間、この供給を停止する。
【0074】
電源制御回路22Cにおいて、論理回路26は、カウンタ23の出力ビットQ0及びタイミング制御回路19からのタイミング補正信号に基づいて、図8に示すような、立ち上がり及び立ち下がりが互いにずれたイネーブル信号EN21〜EN23を生成する。
【0075】
他の点は、図1と同一構成である。
【0076】
上記構成の動作は、第1実施形態の説明及び図8から明らかであるので、その説明を省略する。
【0077】
本第4実施形態によれば、上記ずれにより電流の急変が低減するので、電源電圧の変動が第1実施形態の場合よりも少なくなる。
【0078】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【0079】
例えば上記第1実施形態において、フレームレートをさらに下げても問題ない場合には、パワーオフ期間を2垂直走査期間以上にしてもよい。
【0080】
また、イメージセンサはA/D変換回路18を備えていない構成であってもよい。イメージセンサはMOS型に限定されず、CCD型などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【図2】図1中の電源制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の第2実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【図4】図3中の電源制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図5】本発明の第3実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【図6】図5中の電源制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【図7】本発明の第4実施形態の2次元イメージセンサの概略ブロック図である。
【図8】図6中の電源制御回路の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
10 画素アレイ
11 垂直走査回路
12 垂直バス
13 サンプルホールド制御回路
14 サンプルホールド回路
15 水平走査回路
16 水平バス
17 増幅回路
18 A/D変換回路
19 タイミング制御回路
20 参照電圧発生回路
21、21A〜21C 電源回路
22、22A〜22C 電源制御回路
23 カウンタ
24 インバータ
25 オアゲート
26 論理回路
BL1、BL2 ブロック
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a moving image capturing image sensor having a low power consumption mode.
[0002]
[Prior art]
Image sensors used in portable devices are required to reduce power consumption.
[0003]
There are the following methods for reducing the power consumption of a semiconductor chip.
[0004]
(1) The operation clock is stopped during an operation unnecessary period.
[0005]
(2) The clock frequency is reduced to 1/2, 1/4, 1/8 or the like by a frequency divider.
[0006]
However, the image sensor chip includes an analog circuit and a digital circuit, and the ratio of the analog circuit to the power consumption of the digital circuit is large. Therefore, in such a method, the power consumption of the image sensor when a moving image is captured. Cannot be greatly reduced.
[0007]
When the power supply of the analog circuit is controlled to be turned on / off, the influence of the off effect appears one frame later, and thus the power supply cannot simply be turned off.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, in the case where the change of the sample body is gradual or in the trial shooting, it is not always necessary to capture all frames, so it is desired to reduce the frame rate and reduce the power consumption accordingly.
[0009]
An object of the present invention is to provide an image sensor capable of such focused to a point, to lower power consumption drop the frame rate by performing fine on / off control of the power.
[0010]
[Means for solving the problems and their effects]
In the image sensor of the first aspect of the present invention,
A pixel array in which pixels including light receiving elements are two-dimensionally arranged;
A readout circuit that scans the pixel array and reads out an optical integration signal from the pixel;
While the pixel array performs optical integration, a control circuit for stopping power supply to the readout circuit ;
It has.
[0011]
According to this image sensor, power supply to the readout circuit is stopped during the light integration period, so that the power consumption of the image sensor can be reduced. In other words, since the conventional integration of light integration and readout is controlled on / off in a time-sharing manner as described above, low power consumption with a reduced frame rate is effectively achieved. .
[0012]
In the image sensor according to the second aspect of the present invention , in the first aspect, the control circuit does not supply power to the pixel array and the readout circuit for a predetermined period.
[0013]
According to this image sensor, since power supply to the pixel array and the readout circuit is stopped for a predetermined period, it is possible to further reduce the power consumption of the image sensor.
[0014]
Other objects, configurations and effects of the present invention will become apparent from the following description.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to the first embodiment of the present invention. The two-dimensional image sensor is, for example, a MOS type.
[0017]
The pixel array 10 includes pixels arranged in rows and columns (for example, a photodiode, a potential reset transistor switch connected to one end of the photodiode, a buffer amplifier connected in series between the one end of the photodiode and a vertical bus line, and Read transistor switch). The vertical scanning circuit 11 scans the pixel array 10 line (row) sequentially. As a result, a signal optically integrated with the light receiving elements in the selected row is read onto the vertical bus 12 (vertical reading). A signal on the vertical bus 12 is held in the sample and hold circuit 14 in response to a control signal from the sample and hold control circuit 13. The light receiving elements in the selected row are reset, and light integration in this row is started.
[0018]
The sample hold circuit 14 is, for example, a correlated double sampling circuit (CDS). In this case, details of reading and holding of the optical integration signal are as follows. The sample-and-hold circuit is reset, and the voltage of (optical integration signal Vx) + (component ΔV depending on variation in characteristics of the transistors coupled to the photodiode) is sampled in the sample-and-hold circuit 14 by the first sampling, and then selected. The light receiving elements in the row are reset, and then the optical integration signal voltage Vx, which is the difference between Vx + ΔV and ΔV, is held in the sample hold circuit 14 by the second sampling.
[0019]
The horizontal scanning circuit 15 scans the sample and hold circuit 14 dot-sequentially. As a result, the output signal of the selected sample and hold circuit is read onto the horizontal bus 16 (horizontal reading). The signal on the horizontal bus 16 is amplified by the amplification circuit 17 and then converted into a digital value by the A / D conversion circuit 18.
[0020]
The timing control circuit 19 generates a control signal for operating the vertical scanning circuit 11, the sample hold control circuit 13, and the horizontal scanning circuit 15 based on the clock CLK. The reference voltage generation circuit 20 supplies a reset voltage to the pixel array 10 and supplies a reference voltage to the sample hold circuit 14 and the amplifier circuit 17. This reference voltage generation circuit 20 is a part of the power supply circuit 21.
[0021]
A mode signal MODE is supplied to the power supply circuit 21. When the mode signal MODE indicates the normal mode, the power supply circuit 21 constantly supplies a power supply voltage to each circuit. When the mode signal MODE indicates the low power consumption mode, the power supply circuit 21 supplies the power supply voltage to the block BL1 while the enable signal EN1 from the power supply control circuit 22 is active, and the enable signal EN1 is inactive. The supply is stopped for a period, the power supply voltage is supplied to the block BL2 while the enable signal EN2 from the power supply control circuit 22 is active, and the supply is stopped while the enable signal EN2 is inactive.
[0022]
The block BL1 includes a pixel array 10 and a vertical scanning circuit 11. The block BL2 includes a sample hold control circuit 13, a sample hold circuit 14, a horizontal scanning circuit 15, an amplifier circuit 17, and an A / D conversion circuit 18.
[0023]
The power supply circuit 21 always supplies a power supply voltage to the timing control circuit 19 and the power supply control circuit 22 even in the low power consumption mode.
[0024]
Since the reference voltage generation circuit 20 is a part of the power supply circuit 21, when the power supply circuit 21 supplies a power supply voltage to the block BL1, the reference voltage generation circuit 20 supplies a reset voltage to the pixel array 10, and the power supply circuit 21 When the power supply voltage is supplied to the block BL2, the reference voltage generation circuit 20 supplies the reset voltage to the sample hold circuit 14 and supplies the reference voltage to the amplifier circuit 17.
[0025]
In the power supply control circuit 22, the vertical synchronization signal VSYNC is supplied from the timing control circuit 19 to the clock input terminal of the ternary counter 23, the lower bit Q0 of the output of the counter 23 is the enable signal EN2, and the upper bit of the output of the counter 23 An enable signal EN1 is obtained by inverting Q1 by the inverter 24. The counter 23 cyclically outputs counts 0, 1, and 2. When the count is 0 and 1, the enable signal EN1 is at a high level, and when the count is 1, the enable signal EN2 is at a high level.
[0026]
FIG. 2 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit 22 in FIG.
[0027]
Next, the operation of the image sensor configured as described above will be described in the case of the low power consumption mode.
[0028]
Assume that the count of the counter 23 is 2 in the initial state. In this state, the power supply voltage is not supplied to the blocks BL1 and BL2.
[0029]
(Light integration period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the counter 23 counts to 0, the enable signal EN1 changes to high level, and the power supply voltage is supplied to the block BL1.
[0030]
The vertical scanning circuit 11 performs vertical scanning in response to a control signal from the timing control circuit 19. As a result, the above-described vertical reading and resetting are performed line-sequentially. Since no power supply voltage is supplied to the block BL2, no power consumption occurs.
[0031]
(Reading period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the counter 23 counts to 1, EN2 changes to high level, and the power supply voltage is also supplied to the block BL2.
[0032]
In the block BL1, vertical reading and reset are performed in line sequence, and in the block BL2, the horizontal reading is performed every time a signal for one row is held in the sample hold circuit.
[0033]
That is, the operation in this read period is the same as that in the normal mode.
[0034]
(Power-off period)
In response to the rising edge of the vertical synchronization signal VSYNC, the counter 23 counts to 2, both the enable signals EN1 and EN2 transition to a low level, and the supply of the power supply voltage to the blocks BL1 and BL2 is stopped.
[0035]
Hereinafter, such optical integration, readout, and power-off periods are cyclically repeated.
[0036]
For example, the current consumption is as follows.
[0037]
Pixel array 10: about 1 mA
Total current consumption of the vertical scanning circuit 11, sample hold control circuit 13, horizontal scanning circuit 15, timing control circuit 19 and power supply control circuit 22: about 3 mA
Sample hold circuit 14: about 2.5 mA
Amplification circuit 17: about 8 mA
A / D conversion circuit 18: about 12 mA
Reference voltage generation circuit 20: about 0.5 mA
The total current consumption of the sample hold circuit 14, the amplifier circuit 17 and the A / D conversion circuit 18 included in the block BL2 is relatively large at about 22.5 mA.
[0038]
According to the first embodiment, the power supply voltage supply to the block BL2 is stopped in the light integration period, and further, the power supply voltage supply to the blocks BL1 and BL2 is stopped in the power off period. The power consumption of the image sensor can be reduced to about 1/3 of that in the normal operation mode.
[0039]
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to the second embodiment of the present invention.
[0040]
The power supply circuit 21A always supplies a power supply voltage to the pixel array 10 even in the low power consumption mode.
[0041]
In the low power consumption mode, the power supply circuit 21A supplies the power supply voltage to the vertical scanning circuit 11 while the enable signal EN1A is active, and stops supplying the enable signal EN1A while the enable signal EN1A is inactive.
[0042]
In the power supply control circuit 22A, the signal obtained by inverting the output bit Q0 of the counter 23 by the inverter 24 is the enable signal EN1, and the output bit Q1 of the counter 23 is the enable signal EN2.
[0043]
The other points are the same as in FIG.
[0044]
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit 22A in FIG.
[0045]
Next, the operation of the image sensor configured as described above will be described in the case of the low power consumption mode.
[0046]
Assume that the count of the counter 23 is 2 in the initial state. In this state, the power supply voltage is supplied to the vertical scanning circuit 11 and the block BL2.
[0047]
(First light integration period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the count of the counter 23 becomes 0, the enable signal EN2 transitions to a low level, and the supply of the power supply voltage to the block BL2 is stopped.
[0048]
The vertical scanning circuit 11 performs vertical scanning in response to a control signal from the timing control circuit 19. As a result, the above-described vertical reading and resetting are performed line-sequentially.
[0049]
(Second light integration period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the count of the counter 23 becomes 1, the enable signal EN1A transitions to a low level, and the supply of power supply voltage to the vertical scanning circuit 11 is stopped.
[0050]
Thereby, only the light integration is performed in the pixel array 10.
[0051]
(Reading period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the counter 23 counts to 2, the enable signals EN1 and EN2 transition to a high level, and the power supply voltage is supplied to the blocks BL1 and BL2.
[0052]
Thereby, the same operation as the reading in the first embodiment is performed.
[0053]
Hereinafter, such a period of the first light integration, the second light integration, and the power off is cyclically repeated.
[0054]
According to the second embodiment, the supply of the power supply voltage to the block BL2 is off in the first and second light integration periods, and the power supply is close to power off. The power can be reduced to 50% or less of that in the normal operation mode. Further, the optical integration time is twice that of the first embodiment, and the sensitivity of the image sensor is improved.
[0055]
The ternary counter 23 of the power supply control circuit 22A is changed to a quaternary counter or more and the logical configuration is changed, so that the second optical integration period is set to a plurality of frame periods and the optical integration time is increased from that of the first embodiment. May be.
[0056]
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to the third embodiment of the present invention.
[0057]
The power supply circuit 21B always supplies a power supply voltage to the pixel array 10 and the vertical scanning circuit 11 even in the low power consumption mode. Therefore, the enable signal EN1 is not supplied to the power supply circuit 21B.
[0058]
In the power supply control circuit 22B, the output bits Q0 and Q1 of the counter 23 are supplied to the OR gate 25, and the output of the OR gate 25 is the enable signal EN2.
[0059]
The other points are the same as in FIG.
[0060]
FIG. 6 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit 22B in FIG.
[0061]
Next, the operation of the image sensor configured as described above will be described in the case of the low power consumption mode.
[0062]
Assume that the count of the counter 23 is 2 in the initial state. In this state, the power supply voltage is supplied to the block BL2.
[0063]
(Light integration period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the count of the counter 23 becomes 0, the enable signal EN2 transitions to a low level, and the supply of the power supply voltage to the block BL2 is stopped.
[0064]
The vertical scanning circuit 11 performs vertical scanning in response to a control signal from the timing control circuit 19. As a result, the above-described vertical reading and resetting are performed line-sequentially.
[0065]
(First readout period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the counter 23 counts to 1, the enable signal EN2 transitions to a high level, and the supply of power supply voltage to the block BL2 is stopped.
[0066]
Thereby, the same operation as the reading in the first embodiment is performed.
[0067]
(Second readout period)
In response to the rise of the vertical synchronization signal VSYNC, the counter 23 counts to 2, and the enable signal EN2 maintains a high level.
[0068]
Thereby, the same operation as the above-described reading is performed.
[0069]
Hereinafter, such a period of optical integration, first readout, and second readout is cyclically repeated.
[0070]
According to the third embodiment, since the power supply voltage supply to the block BL2 is off during the light integration period, the state is close to power off, and the power consumption of the image sensor is reduced to about 2/3 in the normal operation mode. It is possible. Furthermore, since 2 frame periods are read out among 3 frame periods, the frame rate can be doubled as compared to the first embodiment.
[0071]
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to the fourth embodiment of the present invention.
[0072]
This image sensor is similar to that of FIG. 1, and differs from the first embodiment in that the enable signal EN2 in FIG. 1 is divided into enable signals EN21 to EN23.
[0073]
In the low power consumption mode, the power supply circuit 21C supplies the power supply voltage to the sample hold control circuit 13, the sample hold circuit 14, and the horizontal scanning circuit 15 while the enable signal EN21 is active, and the enable signal EN21 is inactive. During this period, the supply is stopped, while the enable signal EN22 is active, the power supply voltage is supplied to the amplifier circuit 17, and when the enable signal EN22 is inactive, the supply is stopped and the enable signal EN23 is active. During the period, the power supply voltage is supplied to the A / D conversion circuit 18, and the supply is stopped while the enable signal EN23 is inactive.
[0074]
In the power supply control circuit 22C, the logic circuit 26, based on the output bit Q0 of the counter 23 and the timing correction signal from the timing control circuit 19, as shown in FIG. EN23 is generated.
[0075]
The other points are the same as in FIG.
[0076]
Since the operation of the above configuration is apparent from the description of the first embodiment and FIG. 8, the description thereof is omitted.
[0077]
According to the fourth embodiment, since a sudden change in current is reduced due to the deviation, the fluctuation of the power supply voltage is less than that in the first embodiment.
[0078]
Note that the present invention includes various other modifications.
[0079]
For example, in the first embodiment, if there is no problem even if the frame rate is further reduced, the power-off period may be set to two vertical scanning periods or more.
[0080]
The image sensor may not have the A / D conversion circuit 18. The image sensor is not limited to the MOS type, and may be a CCD type or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to a second embodiment of the present invention.
4 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to a third embodiment of the present invention.
6 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a schematic block diagram of a two-dimensional image sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
8 is a time chart showing the operation of the power supply control circuit in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pixel array 11 Vertical scanning circuit 12 Vertical bus 13 Sample hold control circuit 14 Sample hold circuit 15 Horizontal scanning circuit 16 Horizontal bus 17 Amplifying circuit 18 A / D conversion circuit 19 Timing control circuit 20 Reference voltage generation circuit 21, 21A-21C Power supply Circuit 22, 22A-22C Power supply control circuit 23 Counter 24 Inverter 25 OR gate 26 Logic circuit BL1, BL2 block

Claims (2)

受光素子を含む画素が2次元的に配列された画素アレイと、
該画素アレイを垂直走査する垂直走査回路と、
該垂直走査により選択されている画素行の光積分信号をサンプリングして保持するサンプルホールド回路と、
該サンプルホールド回路を水平走査する水平走査回路と、
該水平走査により該サンプルホールド回路から読み出された信号を増幅する増幅回路と、
該画素アレイが光積分を行う間は、該サンプルホールド回路と該水平走査回路への電源供給を停止させる制御回路とを備え、
該水平走査回路と該サンプルホールド回路とに電源供給を開始する第1のタイミングと、該増幅回路に電源供給する第2のタイミングとを異ならせる、
ことを特徴とするイメージセンサ。
A pixel array in which pixels including light receiving elements are two-dimensionally arranged;
A vertical scanning circuit for vertically scanning the pixel array;
A sample-and-hold circuit that samples and holds an optical integration signal of a pixel row selected by the vertical scanning;
A horizontal scanning circuit for horizontally scanning the sample and hold circuit;
An amplifying circuit for amplifying a signal read from the sample and hold circuit by the horizontal scanning;
While the pixel array performs light integration, the sample and hold circuit and a control circuit for stopping power supply to the horizontal scanning circuit are provided,
A first timing for starting power supply to the horizontal scanning circuit and the sample hold circuit is different from a second timing for supplying power to the amplifier circuit;
An image sensor characterized by that.
上記増幅された信号をA/D変換するA/D変換回路をさらに備え、
上記制御回路は、該A/D変換回路に電源供給する第3のタイミングと、上記第1のタイミング及び上記第2のタイミングとを異ならせる、
ことを特徴とする請求項記載のイメージセンサ。
An A / D conversion circuit for A / D converting the amplified signal;
The control circuit makes the third timing for supplying power to the A / D conversion circuit different from the first timing and the second timing.
The image sensor according to claim 1 .
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