本發(fā)明涉及成像元件、控制方法、程序和電子設(shè)備，特別地，涉及能夠借助于更簡(jiǎn)單的構(gòu)造來(lái)提供電子ND(Neutral Density：中性密度)功能的成像元件、控制方法、程序和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

常規(guī)地，在例如數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)等具有成像功能的電子設(shè)備中，例如，使用CCD(Charge Coupled Device：電子耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器等固態(tài)成像元件。固態(tài)成像元件包括組合有進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的PD(photodiode：光電二極管)和多個(gè)晶體管的像素，且在從以平面方式布置的多個(gè)像素輸出的像素信號(hào)的基礎(chǔ)上構(gòu)建圖像。從像素輸出的像素信號(hào)例如由分別為各像素列布置的多個(gè)A/D(Analog to Digital：模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且被輸出。

例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了包括有A/D轉(zhuǎn)換器的固態(tài)成像元件，該A/D轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造為包括計(jì)數(shù)器和將鋸齒波狀斜坡信號(hào)與像素信號(hào)進(jìn)行比較的比較器。此外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了這樣的固態(tài)成像元件：其中，在被稱為單斜率積分型的A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，能夠通過(guò)改變供給至比較電路的參考信號(hào)的斜率來(lái)進(jìn)行增益調(diào)整。

在成像裝置中，例如，當(dāng)被攝體明亮?xí)r，通過(guò)布置在將光匯聚至固態(tài)成像元件的光學(xué)系統(tǒng)中的孔徑機(jī)構(gòu)來(lái)減少光量。然而，在含有具有簡(jiǎn)單孔徑機(jī)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)的成像裝置中，當(dāng)在高照度下拍攝動(dòng)態(tài)圖像時(shí)，構(gòu)成動(dòng)態(tài)圖像的多幅圖像中的一幅圖像(一幀)的曝光時(shí)間極短。因此，幀之間的連續(xù)性受損且拍攝到具有跳躍感的動(dòng)態(tài)圖像。

與此相比，常規(guī)地，例如，提出了以電子的方式減少光的電子ND功能，例如可變電容設(shè)置于像素中以使轉(zhuǎn)換效率可變的構(gòu)造以及使用將4個(gè)像素用作1個(gè)像素的四邊編碼(quadra-coding)并僅訪問(wèn)單個(gè)像素的構(gòu)造。

引用列表

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開第2005-328135號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利特開第2007-59991號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

然而，在上述的兩種電子ND功能中，像素部的布局復(fù)雜；因此，已經(jīng)期望借助于更簡(jiǎn)單的構(gòu)造來(lái)提供電子ND功能。

鑒于這種情況進(jìn)行了本發(fā)明，本發(fā)明能夠借助于更簡(jiǎn)單的構(gòu)造來(lái)提供電子ND功能。

技術(shù)問(wèn)題的解決方案

根據(jù)本發(fā)明的方面，提出一種成像元件，其包括：A/D轉(zhuǎn)換單元，被構(gòu)造為對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換；和參考信號(hào)產(chǎn)生單元，被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)。所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：比較單元，被構(gòu)造為將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較；和切換單元，被構(gòu)造為切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。

根據(jù)本發(fā)明的方面，提出一種成像元件的控制方法或程序，所述成像元件包括：A/D轉(zhuǎn)換單元，被構(gòu)造為對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換；和參考信號(hào)產(chǎn)生單元，被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：比較單元，被構(gòu)造為將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較；和切換單元，被構(gòu)造為切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容，所述方法或所述程序包括：步驟：獲取拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間；和步驟：在所述曝光時(shí)間小于預(yù)定的第一閾值的情況下，控制所述切換單元以增加與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。

根據(jù)本發(fā)明的方面，提出一種包括有成像元件的電子設(shè)備，所述成像元件包括：A/D轉(zhuǎn)換單元，被構(gòu)造為對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換；和參考信號(hào)產(chǎn)生單元，被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：比較單元，被構(gòu)造為將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較；和切換單元，被構(gòu)造為切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。

在本發(fā)明的方面，成像元件包括：A/D轉(zhuǎn)換單元，被構(gòu)造為對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模數(shù))轉(zhuǎn)換；和參考信號(hào)產(chǎn)生單元，被構(gòu)造為產(chǎn)生當(dāng)所述A/D轉(zhuǎn)換單元對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，且所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：比較單元，被構(gòu)造為將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較；和切換單元，被構(gòu)造為切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。獲取拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間，且在所述曝光時(shí)間小于預(yù)定的第一閾值的情況下，控制所述切換單元以增加與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)本發(fā)明的方面，能夠借助于更簡(jiǎn)單的構(gòu)造來(lái)提供電子ND功能。

附圖說(shuō)明

圖1是示出了應(yīng)用本發(fā)明的成像裝置的實(shí)施例的構(gòu)造例的框圖。

圖2示出了成像元件的構(gòu)造的示例。

圖3示出了列信號(hào)處理電路中包括的列處理單元的構(gòu)造的示例。

圖4說(shuō)明了成像元件的驅(qū)動(dòng)模式的切換。

圖5說(shuō)明了常規(guī)自動(dòng)曝光處理。

圖6是說(shuō)明了成像元件的驅(qū)動(dòng)模式的切換處理的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的具體實(shí)施例。

圖1是示出了作為應(yīng)用了本發(fā)明的電子設(shè)備的示例的成像裝置的實(shí)施例的構(gòu)造的示例的框圖。

如圖1所示，成像裝置11被構(gòu)造為包括光學(xué)系統(tǒng)12、成像元件13、信號(hào)處理電路14、自動(dòng)曝光處理電路15、顯示單元16和存儲(chǔ)單元17。成像裝置11例如是能夠拍攝靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像的電子設(shè)備，例如數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)。

光學(xué)系統(tǒng)12被構(gòu)造為包括一個(gè)或多個(gè)透鏡，并且將來(lái)自被攝體的圖像光(入射光)引導(dǎo)到成像元件13以在成像元件13的受光面上形成圖像。

成像元件13包括以矩陣構(gòu)造布置在用于接收光學(xué)系統(tǒng)12收集的光的受光面上的多個(gè)像素，并且將根據(jù)各像素接收的光量的像素信號(hào)供給到信號(hào)處理電路14。下文將參照?qǐng)D2來(lái)說(shuō)明成像元件13的構(gòu)造。

信號(hào)處理電路14對(duì)成像元件13供給來(lái)的像素信號(hào)進(jìn)行諸如白平衡校正和伽馬(gamma)校正等各種信號(hào)處理以基于像素信號(hào)來(lái)構(gòu)建圖像(圖像數(shù)據(jù))，并且將圖像供給到自動(dòng)曝光處理電路15、顯示單元16和存儲(chǔ)單元17。

自動(dòng)曝光處理電路15進(jìn)行自動(dòng)曝光處理，其中，檢測(cè)由成像元件13拍攝的圖像的亮度且自動(dòng)調(diào)整該圖像的亮度，以獲得以用戶使用例如未被示出的輸入單元輸入的曝光值為依據(jù)的適當(dāng)亮度。例如，自動(dòng)曝光處理電路15求得成像元件13輸出的所有像素信號(hào)的平均值以檢測(cè)圖像的亮度(以下，被適當(dāng)?shù)胤Q為傳感器輸出電平)，并且將該傳感器輸出電平供給到成像元件13。因此，在成像元件13中，依據(jù)傳感器輸出電平來(lái)調(diào)整圖像的亮度。

顯示單元16例如由液晶面板或有機(jī)電致發(fā)光(EL)面板等形成，并且顯示從信號(hào)處理電路14供給來(lái)的圖像。

存儲(chǔ)單元17例如由安裝于成像裝置11中的非易失性存儲(chǔ)器或可附接至成像裝置11且可從成像裝置11拆卸的可移除媒介形成，并且存儲(chǔ)信號(hào)處理電路14供給來(lái)的圖像(圖像數(shù)據(jù))。

在如此構(gòu)造的成像裝置11中，由成像元件13拍攝的圖像顯示在顯示單元16上；且當(dāng)對(duì)未被示出的快門按鈕進(jìn)行操控時(shí)，在此時(shí)拍攝的圖像被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元17中。自動(dòng)曝光處理電路15控制成像元件13拍攝的圖像的亮度。

接著，在圖2中，示出了成像元件13的構(gòu)造的示例。

如圖2所示，成像元件13被構(gòu)造為包括像素區(qū)域21、垂直驅(qū)動(dòng)電路22、列信號(hào)處理電路23、水平驅(qū)動(dòng)電路24、輸出電路25、斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26和控制電路27。

像素區(qū)域21是對(duì)圖1的光學(xué)系統(tǒng)12收集的光進(jìn)行接收的受光面。多個(gè)像素31以矩陣構(gòu)造布置于像素區(qū)域21中，每個(gè)像素31經(jīng)由以行為單位設(shè)置的水平信號(hào)線32連接至垂直驅(qū)動(dòng)電路22且經(jīng)由以列為單位設(shè)置的垂直信號(hào)線33連接至列信號(hào)處理電路23。多個(gè)像素31分別輸出處于依據(jù)自身接收的光量的電平的像素信號(hào)，且像素區(qū)域21內(nèi)形成的被攝體的圖像由所述像素信號(hào)構(gòu)成。

垂直驅(qū)動(dòng)電路22經(jīng)由水平信號(hào)線32將驅(qū)動(dòng)信號(hào)供給到像素31，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于以像素區(qū)域21內(nèi)布置的多個(gè)像素31的行為單位驅(qū)動(dòng)(傳輸、選擇、復(fù)位等)每個(gè)像素31。

列信號(hào)處理電路23經(jīng)由垂直信號(hào)線33對(duì)從多個(gè)像素31輸出的像素信號(hào)進(jìn)行CDS(Correlated Double Sampling：相關(guān)雙采樣)處理，從而進(jìn)行像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換且去除復(fù)位噪聲。例如，列信號(hào)處理電路23被構(gòu)造為包括以像素31的列數(shù)為依據(jù)的多個(gè)列處理單元41(見(jiàn)下文說(shuō)明的圖3)，并且能夠并行地以像素31的列為單位進(jìn)行CDS處理。

水平驅(qū)動(dòng)電路24將驅(qū)動(dòng)信號(hào)供給到列信號(hào)處理電路23，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于以像素區(qū)域21內(nèi)布置的多個(gè)像素31的列為單位地使像素信號(hào)從列信號(hào)處理電路23輸出到數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線34。

輸出電路25對(duì)在依據(jù)水平驅(qū)動(dòng)電路24的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序處從列信號(hào)處理電路23經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線34供給來(lái)的像素信號(hào)進(jìn)行放大，并且將放大的像素信號(hào)輸出到后面階段的信號(hào)處理電路14(圖1)。

斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26產(chǎn)生作為當(dāng)列信號(hào)處理電路23對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行參考的參考信號(hào)的斜坡信號(hào)，所述斜坡信號(hào)的電壓隨著時(shí)間推移以固定梯度下降(斜坡電壓)，并且斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路將斜坡信號(hào)供給到列信號(hào)處理電路23。

控制電路27控制成像元件13內(nèi)的各模塊的驅(qū)動(dòng)。例如，控制電路27依據(jù)各模塊的驅(qū)動(dòng)周期來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，并且將時(shí)鐘信號(hào)供給到各模塊。在成像裝置11中，例如，以預(yù)定的幀速率連續(xù)地拍攝圖像，且控制電路27基于拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間(快門速度)進(jìn)行成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式的切換的控制。

接著，在圖3中，示出了列信號(hào)處理電路23中包括的列處理單元41的構(gòu)造的示例。

如上所述，列信號(hào)處理電路23被構(gòu)造為包括多個(gè)列處理單元41，且圖3示出了多個(gè)列處理單元41中的一個(gè)。多個(gè)列處理單元41被類似地構(gòu)造，且省略它們的圖示。

如圖3所示，列處理單元41被構(gòu)造為包括比較器42、計(jì)數(shù)器43、電阻44、電容器45至47和開關(guān)48、49，并且對(duì)從像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

比較器42的正號(hào)側(cè)的輸入端子經(jīng)由電容器45連接至斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26，且電容器45與斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26之間的連接點(diǎn)經(jīng)由電阻44接地。因此，與斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26輸出的斜坡信號(hào)一致的電勢(shì)被施加于比較器42的正號(hào)側(cè)的輸入端子。斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26依據(jù)從控制電路27供給的輸出電流控制信號(hào)來(lái)調(diào)整用于輸出斜坡信號(hào)的輸出電流的量。

另一方面，比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子經(jīng)由電容器46連接至圖2的垂直信號(hào)線33，且根據(jù)從像素31輸出的模擬像素信號(hào)的電勢(shì)被施加于比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子。開關(guān)48的一個(gè)端子連接至電容器46與比較器42之間的連接點(diǎn)，且開關(guān)48的另一個(gè)端子經(jīng)由電容器47接地。開關(guān)48依據(jù)從控制電路27供給的振幅調(diào)整控制信號(hào)斷開和接通。

比較器42的輸出端子連接至計(jì)數(shù)器43的輸入，且計(jì)數(shù)器43的輸出端子經(jīng)由開關(guān)49連接至數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線34。開關(guān)49依據(jù)從水平驅(qū)動(dòng)電路24輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)斷開和接通。

比較器42判斷輸入到正號(hào)側(cè)的輸入端子的輸入信號(hào)與輸入到負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子的輸入信號(hào)之間的大小，并且輸出表明判斷結(jié)果的輸出信號(hào)VCO。換言之，比較器42判斷施加于正號(hào)側(cè)的輸入端子的斜坡信號(hào)的電勢(shì)與從像素31輸出的且施加于負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子的模擬像素信號(hào)的電勢(shì)之間的大小關(guān)系。例如，比較器42在斜坡信號(hào)大于模擬像素信號(hào)的情況下輸出高電平的輸出信號(hào)VCO，并且在斜坡信號(hào)等于或小于模擬像素信號(hào)的情況下輸出低電平的輸出信號(hào)VCO。

例如，計(jì)數(shù)器43從斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26供給來(lái)的斜坡信號(hào)的電勢(shì)開始以固定梯度下降時(shí)的時(shí)刻到比較器42輸出的輸出信號(hào)VCO從高電平切換到低電平時(shí)的時(shí)刻對(duì)預(yù)定數(shù)量的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，計(jì)數(shù)器43計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值是以根據(jù)輸入至比較器42的像素信號(hào)的電勢(shì)的值，且因此從像素31輸出的模擬像素信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。

在成像元件13中，例如，像素31輸出處于像素31的光電二極管被復(fù)位的電平的信號(hào)和處于保持由像素31的光電二極管光電轉(zhuǎn)換的電荷的電平的信號(hào)。在列處理單元41中對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)候，求出上述兩種信號(hào)之間的差；由此輸出復(fù)位噪聲被去除的像素信號(hào)。

在輸出布置有預(yù)定的列處理單元41的列的像素信號(hào)的時(shí)候，開關(guān)49依據(jù)水平驅(qū)動(dòng)電路24輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而接通，且計(jì)數(shù)器43的輸出端子連接至數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線34。因此，在列處理單元41中被A/D轉(zhuǎn)換的像素信號(hào)被輸出到數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線34。

這里，在成像元件13中，控制電路27能夠根據(jù)拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間t(快門速度)進(jìn)行成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式的切換的控制。例如，控制電路27能夠?qū)⒊上裨?3的驅(qū)動(dòng)模式切換到與以前一樣的通常驅(qū)動(dòng)、成像元件13的電力消耗被抑制的低消耗驅(qū)動(dòng)和成像元件13拍攝的圖像的亮度被以電子的方式減少的電子ND驅(qū)動(dòng)中的任一者。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D4來(lái)說(shuō)明控制電路27控制的成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式的切換。

如圖4所示，一般而言，當(dāng)被攝體的亮度低時(shí)曝光時(shí)間t就長(zhǎng)，且當(dāng)被攝體的亮度高時(shí)曝光時(shí)間t就短。因此，當(dāng)被攝體的亮度高且曝光時(shí)間短時(shí)，為了避免得到以跳躍方式觀看運(yùn)動(dòng)的不自然的動(dòng)態(tài)圖像，在成像裝置11中進(jìn)行這樣的控制：將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置為電子ND驅(qū)動(dòng)。此外，在成像裝置11中，當(dāng)被攝體的亮度既不低又不高時(shí)，進(jìn)行這樣的控制：將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置為低消耗驅(qū)動(dòng)。

例如，在控制電路27中，事先將電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1和低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2設(shè)置為在切換成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式的時(shí)候使用的閾值。電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1例如由在動(dòng)態(tài)圖像的跳躍感開始明顯時(shí)像素31的累積時(shí)間來(lái)確定。

另一方面，低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2例如由滿足維持下述關(guān)系的足量的光電子的曝光值而確定的：其中，即使當(dāng)在列處理單元41中對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的增益減小，源于像素31的光散粒噪聲(optical shot noise)也遠(yuǎn)大于比較器42的輸入相關(guān)噪聲。為了簡(jiǎn)化，作為低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2，可以使用光學(xué)系統(tǒng)12中包括的透鏡的孔徑值或像素31中累積電荷的累積時(shí)間，并且例如在本實(shí)施例中使用累積時(shí)間。如所示，將低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2設(shè)置成比電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1更大的值(即，在曝光時(shí)間更長(zhǎng)的一側(cè))。

控制電路27將拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間t與電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1和低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2進(jìn)行比較。因此，在大小關(guān)系的基礎(chǔ)上，控制電路27輸出對(duì)列處理單元41的開關(guān)48的接通與斷開之間的切換進(jìn)行指示的振幅調(diào)整控制信號(hào)，并且輸出對(duì)斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26輸出的輸出電流的量的切換進(jìn)行指示的輸出電流控制信號(hào)。

例如，在前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(t≥t2)的情況下，控制電路27將振幅調(diào)整控制信號(hào)設(shè)置為斷開(OFF)。另一方面，在前一幀的曝光時(shí)間t小于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(t<t2)的情況下，控制電路27將振幅調(diào)整控制信號(hào)設(shè)置為接通(ON)。

此外，在前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1且同時(shí)小于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(t1≤t<t2)的情況下，控制電路27將輸出電流控制信號(hào)設(shè)置為接通。另一方面，在前一幀的曝光時(shí)間t小于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1(t<t1)的情況下和在前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(t≥t2)的情況下，控制電路27將輸出電流控制信號(hào)設(shè)置為斷開。

因此，在前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(t2<t)的情況下，振幅調(diào)整控制信號(hào)和輸出電流控制信號(hào)都是斷開的。因此，在這種情況下，僅電容器46連接至比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子，且斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26輸出通常輸出電流的斜坡信號(hào)。因此，成像元件13進(jìn)行與以前一樣的通常驅(qū)動(dòng)。

此外，在前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1且同時(shí)小于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(t1≤t<t2)的情況下，振幅調(diào)整控制信號(hào)和輸出電流控制信號(hào)都是接通的。即，在這種情況下，電容器47與電容器46一起被連接至比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子，且斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26在抑制輸出電流的同時(shí)輸出斜坡信號(hào)。

因此，憑借與比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子連接的電容器47，增加了電容，且因此減小了輸入至比較器42的像素信號(hào)的振幅。因此，即使當(dāng)在斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26輸出斜坡信號(hào)時(shí)的輸出電流被抑制且斜坡信號(hào)的移位小的時(shí)候，像素信號(hào)也能夠在列處理單元41中被A/D轉(zhuǎn)換。因此，能夠依據(jù)斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26的輸出電流的抑制而以低電力消耗驅(qū)動(dòng)成像元件13。

此外，在前一幀的曝光時(shí)間t小于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1(t<t1)的情況下，振幅調(diào)整控制信號(hào)是接通的且輸出電流控制信號(hào)是斷開的。即，在這種情況下，電容器47與電容器46一起被連接至比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子，且斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26輸出通常輸出電流的斜坡信號(hào)。

憑借與比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子連接的電容器47，增大了電容，且因此減小了輸入到比較器42的像素信號(hào)的振幅。此時(shí)，因?yàn)樾逼滦盘?hào)產(chǎn)生電路26已經(jīng)輸出具有通常移位的斜坡信號(hào)，所以增加(擴(kuò)展)了曝光時(shí)間，且因此表現(xiàn)出ND濾波器功能的行為；因此，成像元件13能夠進(jìn)行電子ND驅(qū)動(dòng)。

因此，控制電路27能夠根據(jù)前一幀的曝光時(shí)間t將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式切換為通常驅(qū)動(dòng)、低消耗驅(qū)動(dòng)和電子ND驅(qū)動(dòng)中的任一者。

這里，給出與圖5所示的常規(guī)自動(dòng)曝光處理進(jìn)行比較的說(shuō)明。

在常規(guī)自動(dòng)曝光處理中，不進(jìn)行基于振幅調(diào)整控制信號(hào)和輸出電流控制信號(hào)的控制，且振幅調(diào)整控制信號(hào)和輸出電流控制信號(hào)是相似的(即，始終處于斷開狀態(tài))。在常規(guī)自動(dòng)曝光處理中，成像元件13進(jìn)行通常驅(qū)動(dòng)，且像素信號(hào)的電平不管被攝體的亮度如何都一直保持固定。因此，進(jìn)行其中像素信號(hào)(模擬)的電平不管被攝體的亮度如何都一直保持固定的通常驅(qū)動(dòng)。因此，例如，當(dāng)被攝體的亮度非常高時(shí)，曝光時(shí)間極短，并且拍攝到如上所述的具有跳躍感的不自然的動(dòng)態(tài)圖像。

與此相比，在成像裝置11中，當(dāng)被攝體的亮度非常高且曝光時(shí)間t短于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1時(shí)，將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置為電子ND驅(qū)動(dòng)。因此，增加了曝光時(shí)間，且成像裝置11能夠拍攝更加自然、流暢的動(dòng)態(tài)圖像。

接著，圖6是說(shuō)明了成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式的切換處理的流程圖。

例如，當(dāng)在成像裝置11中開始動(dòng)態(tài)圖像的拍攝且拍攝了預(yù)定數(shù)量的幀的圖像時(shí)，處理開始。在步驟S11中，圖1的自動(dòng)曝光處理電路15進(jìn)行自動(dòng)曝光處理，其中，檢測(cè)由成像元件13拍攝的圖像的亮度且將圖像調(diào)整到適當(dāng)亮度。然后，自動(dòng)曝光處理電路15將拍攝圖像時(shí)的曝光時(shí)間t告知控制電路27以使當(dāng)拍攝下一幀的圖像時(shí)能夠參考曝光時(shí)間t。

在步驟S12中，控制電路27判斷前一幀的曝光時(shí)間t是否等于或大于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2。在控制電路27確定前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2的情況下，處理進(jìn)入步驟S13。

在步驟S13中，控制電路27將振幅調(diào)整控制信號(hào)和輸出電流控制信號(hào)設(shè)置為斷開，且因此將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置為通常驅(qū)動(dòng)；因此，處理結(jié)束。

另一方面，在步驟S12中，在控制電路27確定前一幀的曝光時(shí)間t不是等于或大于(而是小于)低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2的情況下，處理進(jìn)入步驟S14。

在步驟S14中，控制電路27判斷前一幀的曝光時(shí)間t是否等于或大于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1且同時(shí)小于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2。在控制電路27確定前一幀的曝光時(shí)間t等于或大于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1且同時(shí)小于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2的情況下，處理進(jìn)入步驟S15。

在步驟S15中，控制電路27將振幅調(diào)整控制信號(hào)和輸出電流控制信號(hào)設(shè)置為接通，且因此將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式被設(shè)置為低消耗驅(qū)動(dòng)；因此，處理結(jié)束。

另一方面，在步驟S12中，在控制電路27確定前一幀的曝光時(shí)間t不是等于或大于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1且同時(shí)小于低消耗驅(qū)動(dòng)用閾值t2(即，在將步驟S12的判斷考慮在內(nèi)的情況下，是小于電子ND驅(qū)動(dòng)用閾值t1)的情況下，處理進(jìn)入步驟S16。

在步驟S16中，控制電路27將振幅調(diào)整控制信號(hào)設(shè)置為接通且將輸出電流控制信號(hào)設(shè)置為斷開，且因此將成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置為電子ND驅(qū)動(dòng)；因此，處理結(jié)束。

如上所述，在成像元件13中，控制電路27進(jìn)行如下兩種控制：增大與比較器42的負(fù)號(hào)側(cè)的輸入端子連接的電容和減小從斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26輸出的輸出電流的量；因此，成像元件13的驅(qū)動(dòng)模式能夠切換至通常驅(qū)動(dòng)、低消耗驅(qū)動(dòng)或電子ND驅(qū)動(dòng)。因此，在成像裝置11中，能夠拍攝保持了各幀之間的連續(xù)性的流暢的動(dòng)態(tài)圖像，且能夠抑制電力消耗。

此外，在成像元件13中，能夠在不使像素區(qū)域21內(nèi)的布局復(fù)雜化的情況下實(shí)現(xiàn)電子ND功能。即，在成像元件13中，采用了在列處理單元41設(shè)置對(duì)像素信號(hào)的振幅進(jìn)行調(diào)整的電容器48和開關(guān)48的構(gòu)造，且控制電路27通過(guò)使用振幅調(diào)整控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行開關(guān)48的接通和斷開的切換控制；因此，能夠以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)電子ND功能。

此外，在成像元件13中，斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路26依據(jù)從控制電路27供給的輸出電流控制信號(hào)來(lái)抑制輸出電流的量；因此，能夠減少電力消耗。

不必與流程圖所述的順序一致地以時(shí)間序列的方式進(jìn)行參照上述流程圖所述的各處理，而是也可以包括并行地或單獨(dú)地執(zhí)行的處理(例如，并行處理或基于對(duì)象的處理)。程序可以是由一個(gè)CPU執(zhí)行的程序或由多個(gè)CPU分布地執(zhí)行的程序。

除了可以用于與圖1所示的一樣的成像裝置以外，應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)成像元件還可以用于具有成像功能的各種電子設(shè)備，例如具有成像功能的移動(dòng)電話和所謂的智能手機(jī)。

此外，本發(fā)明也可以被構(gòu)造如下。

(1)

一種成像元件，其包括：

A/D轉(zhuǎn)換單元，所述A/D轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造用來(lái)對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換；和

參考信號(hào)產(chǎn)生單元，所述參考信號(hào)產(chǎn)生單元被構(gòu)造用來(lái)產(chǎn)生在所述A/D轉(zhuǎn)換單元中對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，

其中，所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：

比較單元，所述比較單元被構(gòu)造用來(lái)將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來(lái)切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。

(2)

根據(jù)(1)所述的成像元件，還包括：

控制單元，所述控制單元被構(gòu)造為獲取拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間，且在所述曝光時(shí)間小于預(yù)定的第一閾值的情況下，控制所述切換單元以增加與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的所述端子連接的所述電容。

(3)

根據(jù)(1)或(2)所述的成像元件，其中，在所述曝光時(shí)間等于或大于預(yù)定的第二閾值且小于所述第一閾值的情況下，所述控制單元控制所述切換單元以增加與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的所述端子連接的所述電容，并且還控制所述參考信號(hào)產(chǎn)生單元以減小輸出電流的量。

(4)

一種成像元件的控制方法，

所述成像元件包括：

A/D轉(zhuǎn)換單元，所述A/D轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造用來(lái)對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換；和

參考信號(hào)產(chǎn)生單元，所述參考信號(hào)產(chǎn)生單元被構(gòu)造用來(lái)產(chǎn)生當(dāng)在所述A/D轉(zhuǎn)換單元中對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，

所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：

比較單元，所述比較單元被構(gòu)造用來(lái)將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來(lái)切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容，

所述方法包括：

步驟：獲取當(dāng)拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間；和

步驟：在所述曝光時(shí)間小于預(yù)定的第一閾值的情況下，控制所述切換單元以增加與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的所述端子連接的電容。

(5)

一種使計(jì)算機(jī)執(zhí)行對(duì)成像元件進(jìn)行控制的程序，

所述成像元件包括：

A/D轉(zhuǎn)換單元，所述A/D轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造用來(lái)對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換；和

參考信號(hào)產(chǎn)生單元，所述參考信號(hào)產(chǎn)生單元被構(gòu)造用來(lái)產(chǎn)生當(dāng)在所述A/D轉(zhuǎn)換單元中對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，

所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：

比較單元，所述比較單元被構(gòu)造用來(lái)將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來(lái)切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容，

所述程序被構(gòu)造為使計(jì)算機(jī)執(zhí)行包括下述步驟的處理：

步驟：獲取當(dāng)拍攝前一幀圖像時(shí)的曝光時(shí)間；和

步驟：在所述曝光時(shí)間小于預(yù)定的第一閾值的情況下，控制所述切換單元以增加與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的所述端子連接的電容。

(6)

一種包括有成像元件的電子設(shè)備，

所述成像元件包括：

A/D轉(zhuǎn)換單元，所述A/D轉(zhuǎn)換單元被構(gòu)造用來(lái)對(duì)像素輸出的像素信號(hào)進(jìn)行A/D(模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換；和

參考信號(hào)產(chǎn)生單元，所述參考信號(hào)產(chǎn)生單元被構(gòu)造用來(lái)產(chǎn)生當(dāng)在所述A/D轉(zhuǎn)換單元中對(duì)所述像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所參考的參考信號(hào)，

所述A/D轉(zhuǎn)換單元包括：

比較單元，所述比較單元被構(gòu)造用來(lái)將所述像素信號(hào)與所述參考信號(hào)進(jìn)行比較，和

切換單元，所述切換單元被構(gòu)造用來(lái)切換與用來(lái)將所述像素信號(hào)輸入至所述比較單元的端子連接的電容。

本發(fā)明的實(shí)施例不限于上述的實(shí)施例，且不偏離本發(fā)明主旨的各種替代例也是可能的。

附圖標(biāo)記列表

11 成像裝置

12 光學(xué)系統(tǒng)

13 成像元件

14 信號(hào)處理電路

15 自動(dòng)曝光處理電路

16 顯示單元

17 存儲(chǔ)單元

21 像素區(qū)域

22 垂直驅(qū)動(dòng)電路

23 列信號(hào)處理電路

24 水平驅(qū)動(dòng)電路

25 輸出電路

26 斜坡信號(hào)產(chǎn)生電路

27 控制電路

31 像素

32 水平信號(hào)線

33 垂直信號(hào)線

34 數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線

41 列處理單元

42 比較器

43 計(jì)數(shù)器

44 電阻

45至47 電容器

48和49 開關(guān)