(57)【要約】【課題】より高い精度で露光制御用検出信号を得る。【解決手段】フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３は、入射光に応じて生成された電荷を蓄積する。フローティングディフュージョンＦＤは、前記電荷を受け取って、前記電荷を電圧に変換する。第１の増幅トランジスタＡＭＰＡは、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する。転送トランジスタＴＸは、電荷蓄積層４３からフォトダイオードＰＤに電荷を転送する。フローティングゲート４６は、電荷蓄積層４３に蓄えられている電荷に応じた電位となる。第２の増幅トランジスタは、フローティングゲート４６の電位に応じた信号を出力する。【選択図】図３
2010028226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する第１の増幅部と、
前記電荷蓄積部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部と、
前記電荷蓄積部に蓄えられている電荷に応じた電位となるフローティングゲートと、
前記フローティングゲートの電位に応じた信号を出力する第２の増幅部と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記フローティングゲートの少なくとも一部は、絶縁膜を介して前記電荷蓄積部と対向したことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１の増幅部の出力を受ける第１の信号線と、
前記第１の信号線に対する前記第１の増幅部の出力の供給をオンオフする第１の選択スイッチと、
前記第１の信号線とは別に設けられ前記第２の増幅部の出力を受ける第２の信号線と、
前記第２の信号線に対する前記第２の増幅部の出力の供給をオンオフする第２の選択スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記１の増幅部の出力及び前記第２の増幅部の出力を両方とも受ける信号線と、
前記信号線に対する前記第１の増幅部の出力の供給をオンオフする第１の選択スイッチと、
前記信号線に対する前記第２の増幅部の出力の供給をオンオフする第２の選択スイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記電荷蓄積部に電荷を蓄積する露光期間のうちの一部の期間において、前記第２の増幅部の出力が読み出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記電荷蓄積部における前記フローティングゲートの側に反転層を形成するための反転層形成用電位を、制御信号に応答して前記フローティングゲートに供給する電位供給部を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記電位供給部は、前記電荷蓄積部に電荷を蓄積する露光期間のうち前記第２の増幅部の出力の読み出し期間を除いた期間のうちの、少なくとも一部の期間において、前記反転層形成用電位を前記フローティングゲートに供給することを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記入射光は前記電荷蓄積部に向けて前記フローティングゲートの側から入射され、前記フローティングゲートは前記入射光に対する透光性を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記入射光は前記電荷蓄積部に向けて前記フローティングゲートとは反対の側から入射されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像素子と、
前記第２の増幅部の出力に基づいて自動露光制御を行う露光制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１において、露光制御用検出信号を得ることができる固体撮像素子が提案されている。この固体撮像素子では、画像となる電荷を得る光電変換部とは別個に、入射光に応じた電荷を生成する半導体領域が設けられている。この固体撮像素子によれば、この固体撮像素子へ直接入射する光量をモニタすることができるので、高い精度で入射光量をモニタすることができる。したがって、この固体撮像素子を用いれば、高い精度で自動露光制御を実現することができる。
【特許文献１】特開平１１−２０４７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
固体撮像素子を用いた撮像装置においては、更なる高い精度で自動露光制御を実現することが要請されている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、より高い精度で露光制御用検出信号を得ることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像素子は、入射光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する第１の増幅部と、前記電荷蓄積部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する転送部と、前記電荷蓄積部に蓄えられている電荷に応じた電位となるフローティングゲートと、前記フローティングゲートの電位に応じた信号を出力する第２の増幅部と、を備えたものである。
【０００６】
第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記フローティングゲートの少なくとも一部は、絶縁膜を介して前記電荷蓄積部と対向したものである。
【０００７】
第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記第１の増幅部の出力を受ける第１の信号線と、前記第１の信号線に対する前記第１の増幅部の出力の供給をオンオフする第１の選択スイッチと、前記第１の信号線とは別に設けられ前記第２の増幅部の出力を受ける第２の信号線と、前記第２の信号線に対する前記第２の増幅部の出力の供給をオンオフする第２の選択スイッチと、を備えたものである。
【０００８】
第４の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記１の増幅部の出力及び前記第２の増幅部の出力を両方とも受ける信号線と、前記信号線に対する前記第１の増幅部の出力の供給をオンオフする第１の選択スイッチと、前記信号線に対する前記第２の増幅部の出力の供給をオンオフする第２の選択スイッチと、を備えたものである。
【０００９】
第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、記電荷蓄積部に電荷を蓄積する露光期間のうちの一部の期間において、前記第２の増幅部の出力が読み出されるものである。
【００１０】
第６の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記電荷蓄積部における前記フローティングゲートの側に反転層を形成するための反転層形成用電位を、制御信号に応答して前記フローティングゲートに供給する電位供給部を備えたものである。
【００１１】
第７の態様による固体撮像素子は、前記第６の態様において、前記電位供給部は、前記電荷蓄積部に電荷を蓄積する露光期間のうち前記第２の増幅部の出力の読み出し期間を除いた期間のうちの、少なくとも一部の期間において、前記反転層形成用電位を前記フローティングゲートに供給するものである。
【００１２】
第８の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記入射光は前記電荷蓄積部に向けて前記フローティングゲートの側から入射され、前記フローティングゲートは前記入射光に対する透光性を有するものである。
【００１３】
第９の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記入射光は前記電荷蓄積部に向けて前記フローティングゲートとは反対の側から入射されるものである。
【００１４】
第１０の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第９のいずれかの態様において、複数の画素を備え、前記各画素は、前記電荷蓄積部、前記第１の増幅部、前記転送部、前記フローティングゲート及び前記第２の増幅部を有するものである。
【００１５】
第１１の態様による撮像装置は、前記第１乃至第１０のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記第２の増幅部の出力に基づいて自動露光制御を行う露光制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、より高い精度で露光制御用検出信号を得ることができる固体撮像素子、及び、これを用いた撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、被写体像を結像する光学系としての撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、メカニカルシャッタ１５を介して、撮影レンズ２により結像された被写体像を光電変換する固体撮像素子３の撮像面が配置される。メカニカルシャッタ１５は、撮像制御部４の指令によって駆動される。
【００２０】
固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、画像用信号、及び、露光制御用検出信号である。いずれの信号も、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換器６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部１０、露光演算部１４、記録部１１、画像圧縮部１２、画像処理部１３、ストロボ発光制御部１６なども接続される。ストロボ発光制御部１６は、内蔵又は外付けのストロボ１７の発光を制御する。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。本実施の形態では、固体撮像素子３とは別に焦点検出センサ（図示せず）が設けられているが、知られているように、固体撮像素子３を、焦点検出用信号も得られるように構成してもよい。この電子カメラ１の動作については、後に説明する。
【００２１】
図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。本実施の形態では、固体撮像素子３は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子として形成されている。固体撮像素子３は、２次元状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図２において、３×３個の画素２０のみを示しているが、画素数はこれに限られるものではない。これらの画素２０は、周辺回路からの制御信号に従って、画像用信号及び露光制御用検出信号を出力する。
【００２２】
周辺回路は、垂直走査回路２１と、水平走査回路２２と、これらと接続されている制御信号線２３〜２７と、画素２０の各列ごとに設けられ各列ごとの画素２０からの画像用信号を受け取る第１の垂直信号線３１Ａと、画素２０の各列ごとに設けられ各列ごとの画素２０からの露光制御用検出信号を受け取る第２の垂直信号線３１Ｂと、第１及び第２の垂直信号線３１Ａ，３１Ｂとそれぞれ接続された第１及び第２の定電流源３２Ａ，３２Ｂと、を有している。
【００２３】
また、周辺回路は、画素２０で光電変換された光情報を含む光信号を伝送する第１の水平信号線３２Ｓと、前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号としてのいわゆる暗信号を伝送する第２の水平信号線３２Ｎと、差動出力アンプ３３と、を有している。さらに、周辺回路は、各第１の垂直信号線３１Ａに接続されたカラムアンプ３４と、各カラムアンプ３４に対応して設けられた、前記光信号を蓄積する光信号蓄積容量ＣＳ、前記暗信号を蓄積する暗信号蓄積容量ＣＮ、光信号垂直転送トランジスタＴＳ、暗信号垂直転送トランジスタＴＮ、光信号水平転送トランジスタＨＳ、及び、暗信号水平転送トランジスタＨＮと、を有している。なお、実際には、水平信号線３２Ｓ，３２Ｎをそれぞれ所定タイミングでリセットするための各トランジスタが設けられるが、それらのトランジスタの図示は省略している。本実施の形態では、前述した要素３１Ａ，３２Ａ，３２Ｓ，３２Ｎ，３３，３４，ＣＳ，ＣＮ，ＴＳ，ＴＮ，ＨＳ，ＨＮが、画像用信号の出力部を構成している。
【００２４】
さらに、周辺回路は、露光制御用検出信号を伝送する第３の水平信号線３５と、出力アンプ３６とを有している。また、周辺回路は、各列の垂直信号線３１Ｂに対応して設けられた水平転送トランジスタＨＢを有している。本実施の形態では、前述した要素３１Ｂ，３２Ｂ，３５，３６，ＨＢが、露光制御用検出信号の出力部を構成している。
【００２５】
垂直走査回路２１及び水平走査回路２２は、電子カメラ１の撮像制御部４からの指令に基づいて制御信号を出力する。各画素２０は、垂直走査回路２１から出力される後述の制御信号φＳＥＬＢ、φＴＸ、φＲＥＳ、φＳＥＬＡを制御信号線２３〜２６から受け取って駆動され、画像用信号を垂直信号線３１Ａに出力するとともに、露光制御用検出信号を垂直信号線３１Ｂに出力する。なお、図２及び後述する図３において、ｎは画素行を示している。
【００２６】
図３は、図２に示す固体撮像素子３の画素２０を示す回路図である。ただし、図３中の一部の要素４１〜４７，ＰＤ，ＴＸ，ＦＤについては、概略断面図として示している。
【００２７】
本実施の形態では、各画素２０は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する第１の増幅部としての第１の増幅トランジスタＡＭＰＡと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＲＥＳと、第１の垂直信号線３１Ａに対する第１の増幅トランジスタＡＭＰＡの出力の供給をオンオフする第１の選択スイッチとしての第１の選択トランジスタＳＥＬＡとを有し、図３に示すように接続されている。なお、本実施の形態では、画素２０のトランジスタＡＭＰＡ，ＴＸ，ＲＥＳ，ＳＥＬＡは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図３において、Ｖｄｄは電源電圧である。
【００２８】
転送トランジスタＴＸのゲート電極４５は、行毎に、制御信号線２４に接続されている。制御信号線２４は、転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸを、垂直走査回路２１から転送トランジスタＴＸのゲート電極４５に供給する。リセットトランジスタＲＥＳのゲートは、行毎に、制御信号線２５に接続されている。制御信号線２５は、リセットトランジスタＲＥＳを制御する制御信号φＲＥＳを、垂直走査回路２１からリセットトランジスタＲＥＳのゲートに供給する。第１の選択トランジスタＳＥＬＡのゲートは、行毎に、制御信号線２６に接続されている。制御信号線２６は、第１の選択トランジスタＳＥＬＡを制御する制御信号φＳＥＬＡを、垂直走査回路２１から第１の選択トランジスタＳＥＬＡのゲートに供給する。
【００２９】
本実施の形態では、図３に示すように、Ｎ型シリコン基板４１上にＰ型ウエル４２が設けられている。Ｐ型ウエル４２中に、フォトダイオードＰＤなどの画素部における各素子が配置されている。図３には、フォトダイオードＰＤに対する入射光の様子も模式的に示している。本実施の形態では、入射光は、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に向けて、図３中の上方から（後述するフローティングゲート４６の側から）入射される。なお、実際には、フォトダイオードＰＤの上部（フローティングゲート４６よりも上方）にはカラーフィルタやマイクロレンズ等が配置されるが、ここでは省略する。
【００３０】
フォトダイオードＰＤは、入射光の光量（被写体光）に応じて電荷を生成する。本実施の形態では、フォトダイオードＰＤは、入射光に応じて生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部として、Ｐ型ウエル４２中に設けられたＮ型の電荷蓄積層４３を有している。
【００３１】
転送トランジスタＴＸは、転送パルス（制御信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に蓄積された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。フローティングディフュージョンＦＤはＰ型ウエル４２中に形成されたＮ型不純物拡散領域４４を有している。転送トランジスタＴＸは、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３をソース、フローティングディフュージョンＦＤの一部を構成する拡散領域４４をドレインとしたＭＯＳトランジスタである。転送トランジスタＴＸは、そのゲート電極４５に印加される制御信号φＴＸにより駆動される。ゲート電極４５は、例えば、ポリシリコンで構成される。リセットトランジスタＲＥＳは、リセットパルス（制御信号）φＲＥＳのハイレベル期間にオンし、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷をリセットする。
【００３２】
フォトダイオードＰＤから転送トランジスタＴＸを介してフローティングディフュージョンＦＤに転送されてきた電荷は、フローティングディフュージョンＦＤで電圧に変換され、この電圧が第１の増幅トランジスタＡＭＰＡのゲートに印加される。第１の増幅トランジスタＡＭＰＡは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続され、そのソースが第１の選択トランジスタＳＥＬＡのドレインに接続され、定電流源３２Ａを負荷とするフォースフォロア回路を構成している。第１の増幅トランジスタＡＭＰＡは、フローティングディフュージョンＦＤの電圧値に応じて、第１の選択トランジスタＳＥＬＡを介して第１の垂直信号線３１Ａに電圧を出力する。このようにして、第１の増幅トランジスタＡＭＰＡは、フォトダイオードＰＤで生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号（画像用信号）を出力する。
【００３３】
第１の選択トランジスタＳＥＬＡは、選択パルス（制御信号）φＳＥＬＡのハイレベル期間にオンし、第１の増幅トランジスタＡＭＰＡのソースを第１の垂直信号線３１Ａに接続する。すなわち、第１の増幅トランジスタＡＭＰＡと第１の選択トランジスタＳＥＬＡによって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
【００３４】
以上説明した各画素２０の構成は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様である。本実施の形態では、各画素２０の構成は、以下に説明する点で、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子とは異なる。
【００３５】
本実施の形態では、各画素２０は、図３に示すように、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に蓄えられている電荷に応じた電位となるフローティングゲート４６と、フローティングゲート４６の電位に応じた信号を出力する第２の増幅部としての第２の増幅トランジスタＡＭＰＢと、第２の垂直信号線３１Ｂに対する第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力の供給をオンオフする第２の選択スイッチとしての第２の選択トランジスタＳＥＬＢと、を有している。本実施の形態では、これらのトランジスタＡＭＰＢ，ＳＥＬＢもｎＭＯＳトランジスタであり、基板４１に搭載されている。
【００３６】
本実施の形態では、図３に示すように、フローティングゲート４６の大部分の領域が、絶縁膜４７を介してフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３と対向している。これにより、フローティングゲート４６の電位は、電荷蓄積層４３に蓄積されている電荷に応じた電位となり、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢのゲートに印加される。本実施の形態では、フローティングゲート４６は、入射光に対して透光性を有する材料で構成されている。フローティングゲート４６は、例えば、ＩＴＯ膜や５０ｎｍ程度の薄いポリシリコン膜で構成することができる。
【００３７】
第２の選択トランジスタＳＥＬＢのゲートは、行毎に、制御信号線２３に接続されている。制御信号線２３は、第２の選択トランジスタＳＥＬＢを制御する制御信号φＳＥＬＢを、垂直走査回路２１から第２の選択トランジスタＳＥＬＢのゲートに供給する。第２の選択トランジスタＳＥＬＢは、選択パルス（制御信号）φＳＥＬＢのハイレベル期間にオンし、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢのソースを第２の垂直信号線３１Ｂに接続する。すなわち、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢと第２の選択トランジスタＳＥＬＢによって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
【００３８】
第２の増幅トランジスタＡＭＰＢは、そのドレインが電源電圧Ｖｄｄに接続され、そのゲートがフローティングゲート４６に接続され、そのソースが第２の選択トランジスタＳＥＬＢのドレインに接続され、定電流源３２Ｂを負荷とするフォースフォロア回路を構成している。第２の増幅トランジスタＡＭＰＢは、フローティングゲート４６の電位（すなわち、電荷蓄積層４３に蓄積されている電荷）に応じて、第２の選択トランジスタＳＥＬＢを介して第２の垂直信号線３１Ｂに読み出し電流を出力する。このようにして、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢは、フォトダイオードＰＤで生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号（露光制御用検出信号）を出力する。フローティングゲート４６を利用することによって、電荷蓄積層４３に蓄積されている電荷が破壊されることなく、その電荷量が読み出されることになる。
【００３９】
垂直走査回路２１は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素２０の行毎に、第１及び第２の選択パルスφＳＥＬＡ，φＳＥＬＢ、リセットパルスφＲＥＳ及び転送パルスφＴＸをそれぞれ出力する。また、垂直走査回路２１は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、光信号転送パルスφＴＳ及び暗信号転送パルスφＴＮを出力する。光信号転送パルスφＴＳは、全列の光信号垂直転送トランジスタＴＳのゲートに、共通して供給される。暗信号転送パルスφＴＮは、全列の暗信号垂直転送トランジスタＴＮのゲートに、共通して供給される。
【００４０】
水平走査回路２２は、撮像制御部４からの駆動パルス（図示せず）を受けて、画素２０の列毎に、水平走査信号φＨを出力する。水平走査信号φＨは、列毎に、制御信号線２７を介して、光信号水平転送トランジスタＨＳ、暗信号水平転送トランジスタＨＮ及び水平転送トランジスタＨＢのゲートに供給される。
【００４１】
図４は、図２に示す固体撮像素子３の動作の一例を示すタイミングチャートである。図４では、１行目と２行目の画素２０に関する信号のみを示している。図４に示す例では、露光期間（電荷蓄積期間）Ｔ１中に固体撮像素子３から露光制御用検出信号を取得し、その露光制御用検出信号に基づいて露光期間Ｔ１の長さを決定する自動露光制御を行い、その露光期間Ｔ１後の画像用信号読み出し期間Ｔ２において、その露光期間Ｔ１中の蓄積電荷による画像用信号を固体撮像素子３から読み出す。
【００４２】
本例では、撮像制御部４の制御下で、露光期間Ｔ１中に、メカニカルシャッタ１５が開かれる。図面には示していないが、露光期間Ｔ１の開始前に、全行のリセットパルスφＲＥＳがハイレベルにされて全行のリセットトランジスタＲＥＳがオンにされている状態で、全行の転送パルスφＴＸが一旦ハイレベルにされて全行の転送トランジスタＴＸが一旦オンにされることで、全画素２０の電荷蓄積層４３が予めリセットされる。
【００４３】
露光期間Ｔ１が開始すると、入射光によって、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に電荷が蓄積されていき、フローティングゲート４６の電位は、電荷蓄積層４３に蓄積されている電荷量に応じた電位となる。
【００４４】
露光期間Ｔ１が開始すると、まず、期間Ｔ１１において、１行目の第２の選択パルスφＳＥＬＢ（１）がハイレベルに変化し、１行目の第２の選択トランジスタＳＥＬＢがオンする。これにより、１行目の画素２０が露光制御用検出信号を取得する画素として選択され、１行目の画素２０の露光制御用検出信号（第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力信号）が第２の垂直信号線３１Ｂに出力される。すなわち、１行目の画素２０の第２の増幅トランジスタＡＭＰＢのソースが第２の垂直信号線３１Ｂに接続され、その第２の増幅トランジスタＡＭＰＢのソースフォロワ動作によって、フローティングゲート４６の電位に応じた信号が第２の垂直信号線３１Ｂに出力される。この動作は、１行目の各列の画素２０に対して同時並列に実行される。
【００４５】
そして、この期間Ｔ１１において、水平走査回路２２からの水平走査信号φＨにより、水平転送トランジスタＨＢが列毎に順次オンされ、第２の垂直信号線３１Ｂに出力された１行目の画素２０からの露光制御用検出信号が列毎に水平信号線３５に順次読み出され、出力アンプ３６によって増幅されて外部へ出力される。
【００４６】
期間Ｔ１１の後の期間Ｔ１２において、２行目の画素２０に対して、期間Ｔ１１と同様の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われる。すなわち、期間Ｔ１２において、２行目の第２の選択パルスφＳＥＬＢ（２）がハイレベル変化して２行目の第２の選択トランジスタＳＥＬＢがオンし、水平走査回路２２からの水平走査信号φＨにより、水平転送トランジスタＨＢが列毎に順次オンする。
【００４７】
期間Ｔ１２の後に、３行目以降の画素２０に対しても、期間Ｔ１１，Ｔ１２と同様の露光制御用検出信号の読み出し動作が順次行われる。
【００４８】
このようにして、全画素２０について、１回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われる。固体撮像素子３から読み出される露光制御用検出信号は、図１に示す信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器６を経てメモリ７に一旦格納されていく。全画素２０についての１回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が終了し、それらがメモリ７に格納されると、露光演算部１４は、露光量を示す指標値として、例えば全画素２０の露光制御用検出信号の平均値を算出し、その平均値が所定の適正露光範囲内に入っているか否かを判定する。適正露光範囲内に入っていれば、撮像制御部４は、メカニカルシャッタ１５を閉じ、露光期間Ｔ１を終了させる。一方、適正露光範囲内に入っていなければ、撮像制御部４はメカニカルシャッタ１５を開いたままとし、２回目以降の露光制御用検出信号の読み出し動作がなされ、各回の露光制御用検出信号の読み出し動作が完了する度に、その回の露光制御用検出信号について前述した平均値の算出・判定が行われ、その回の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入るまで、次回の露光制御用検出信号の読み出し動作が繰り返される。
【００４９】
図４に示す例では、期間Ｔ１３から始まる２回目の露光制御用検出信号の読み出し動作、及び、期間Ｔ１４から始まる３回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われ、３回目の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入ったことによって、露光期間Ｔ１が終了された状況を示している。
【００５０】
露光期間Ｔ１においては、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に蓄積されている電荷の量が、フローティングゲート４６及び第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの経路で読み出されるだけであるので、電荷蓄積層４３の蓄積電荷は、破壊されることなくそのまま蓄積されている。本例では、露光期間Ｔ１の後の画像用信号読み出し期間Ｔ２において、露光期間Ｔ１中に電荷蓄積層４３に蓄積された蓄積電荷の量を、転送トランジスタＴＸ、フローティングディフュージョンＦＤ及び第１の増幅トランジスタＡＭＰＡの経路で読み出す。
【００５１】
画像用信号読み出し期間Ｔ２が開始すると、まず、期間Ｔ２１において、１行目の画素２０が画像用信号を取得する画素として選択され、１行目のリセットパルスφＲＥＳ（１）がローレベルに変化し、１行目の画素２０のリセットトランジスタＲＥＳがオフする。また、期間Ｔ２１において、１行目の第１の選択パルスφＳＥＬＡ（１）がハイレベルに変化し、１行目の画素２０の第１の選択トランジスタＳＥＬＡがオンする。１行目の画素２０の第１の選択トランジスタＳＥＬＡのオンにより、１行目の画素２０の第１の増幅トランジスタＡＭＰＡのソースは第１の垂直信号線３１Ａに接続される。そして、１行目の画素２０の第１の増幅トランジスタＡＭＰＡは、定電流源３２Ａによってソースフォロア回路として動作する。
【００５２】
期間Ｔ２１が開始した後、期間Ｔ３２が開始するまでの期間においては、１行目の画素２０の第１の増幅トランジスタＡＭＰＡのゲート電圧が、フローティング状態となり、１行目の画素２０のリセットレベルが第１の垂直信号線３１Ａに現れる。このとき、期間Ｔ２１が開始した後の期間Ｔ３１において、暗信号転送パルスφＴＮがハイレベルに変化し、暗信号垂直転送トランジスタＴＮがオンする。これにより、１行目の画素２０の暗信号が、カラムアンプ３４により増幅された後に、暗信号蓄積容量ＣＮに蓄積される。この動作は、１行目の各列の画素２０に対して同時並列に実行される。
【００５３】
次に、期間Ｔ２１中の期間Ｔ３２において、１行目の転送パルスφＴＸ（１）がハイレベルに変化し、１行目の画素２０の転送トランジスタＴＸがオンする。１行目の画素２０の転送トランジスタＴＸのオンにより、１行目の画素２０のフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に露光期間Ｔ１中に蓄積されていた電荷が、対応するフローティングディフュージョンＦＤに転送される。これによって、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は転送されてきた電荷量に応じた電圧となり、この電圧が第１の増幅トランジスタＡＭＰＡのゲートに印加される。その結果、１行目の画素２０の光情報を含んだレベルが、第１の垂直信号線３１Ａに現れる。このとき、期間Ｔ３２の後の期間Ｔ３３において、光信号転送パルスφＴＳがハイレベルに変化し、光信号垂直転送トランジスタＴＳがオンする。これにより、１行目の画素２０の光信号が、カラムアンプ３４により増幅された後に、光信号蓄積容量ＣＳに蓄積される。この動作は、１行目の各列の画素２０に対して同時並列に実行される。
【００５４】
このようにして、期間Ｔ２１において、１行目の画素２０の画像用信号のサンプリングが行われ、各列毎に、暗信号蓄積容量ＣＮには１行目の画素２０の暗信号が蓄積され、光信号蓄積容量ＣＳには１行目の画素２０の光信号が蓄積される。
【００５５】
期間Ｔ２１後の期間Ｔ２２は、１行目の画素２０の画像用信号の水平走査期間である。期間Ｔ２２において、水平走査回路２２からの水平走査信号φＨによる水平走査によって暗信号水平転送トランジスタＨＮ及び光信号水平転送トランジスタＨＳが各垂直信号線３１Ａに対応するもの毎に順次オンされ、蓄積容量ＣＮ，ＣＳにそれぞれ蓄積されていた暗信号及び光信号が各垂直信号線３１Ａに対応するもの毎に順次第２の水平信号線３２Ｎ及び第１の水平信号線３２Ｓにそれぞれ読み出され、差動出力アンプ３３によってそれらの信号の差分が取られて外部へ出力される。このように差分をとることで、相関二重サンプリングが実現され、固定パターンノイズ等が除去された光情報信号が得られる。
【００５６】
次に、期間Ｔ２３，Ｔ２４において、１行目の画素２０に関して期間Ｔ２１，Ｔ２２で行われたのと同様の動作が、２行目の画素２０について行われ、それ以降の行についても同様の動作を繰り返す。このようにして、全画素２０について、画像用信号の読み出し動作が行われる。
【００５７】
ここで、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例について、説明する。
【００５８】
操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作が行われると、電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、図示しない焦点検出センサからの検出信号に基づいて、焦点演算部１０にデフォーカス量を算出させる。次いで、マイクロプロセッサ９は、先に算出されたデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部２ａに撮影レンズ２を調節させる。また、マイクロプロセッサ９は、予め操作部９ａにより指令された絞りとなるように、レンズ制御部２ａに撮影レンズ２を調節させる。
【００５９】
そして、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、前述した図４に示す動作を実現するように撮像制御部４を駆動することで、撮影を行う。このとき、露光期間Ｔ１中に固体撮像素子３から得られる露光制御用検出信号に基づいて、適正露光となるように露光期間Ｔ１の長さが決定された自動露光制御（ここでは、絞り優先自動露光制御）が実現され、その露光期間Ｔ１中の蓄積電荷による画像用信号が固体撮像素子３から読み出される。撮像制御部４によって、この画像用信号は、メモリ７に蓄積される。
【００６０】
その後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、メモリ７内の画像用信号に対して必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部１１に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する。
【００６１】
前述した動作例の説明では、自動露光制御を、昼間のような明るい環境下において固体撮像素子３の出力からシャッター時間を決定するものとして説明した。夜間の様な暗い環境下においてストロボ発光により撮影する場合には、例えば、以下のように行われる。すなわち、撮像制御部４は、予め定めた比較的長い時間（ストロボ１７の発光期間よりも長い期間）メカニカルシャッタ１５を開く。ストロボ発光制御部１６は、メカニカルシャッタ１５が開かれた状態で、ストロボ１７に発光を開始させる。そして、先の説明において露光期間Ｔ１をストロボ発光期間としたような動作を行えばよい。このとき、撮像制御部４が、固体撮像素子３から得られる露光制御用検出信号に基づいて、適正露光範囲内となるようにメカニカルシャッタ１５の開期間の長さを決定する代わりに、ストロボ発光制御部１６は、ストロボ１７の発光期間の長さを決定する。これにより、ストロボ１７を用いた自動露光制御を実現することができる。
【００６２】
なお、フローティングゲート４２の電位に対応する第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力は、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に対応する第１の増幅トランジスタＡＭＰＡの出力に比べてＳ／Ｎが悪い。このため、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力は画像用信号としては好ましくない。しかしながら、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力は露光制御用信号としては、十分なＳ／Ｎを持つ。
【００６３】
本実施の形態によれば、前述したように、画像用信号を形成する電荷を蓄積するためのフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３に蓄積されている電荷量に応じた露光制御用検出信号を、フローティングゲート４６及び第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの経路で、固体撮像素子３から得ることができる。したがって、本実施の形態によれば、画像用信号を形成する電荷を蓄積するためのフォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３とは別個の半導体領域で入射光により生成された電荷から、露光制御用検出信号を得る場合に比べて、固体撮像素子３からより高い精度で露光制御用検出信号を得ることができる。よって、本実施の形態によれば、より高い精度で自動露光制御を実現することができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、前述したように、露光制御用検出信号を取得した露光期間Ｔ１中に電荷蓄積層４３に蓄積された電荷によって、画像用信号を得ている。したがって、画像用信号となる実際に蓄積されている電荷の量を、直接的に露光制御用検出信号としてモニタすることができるので、より一層高い精度で自動露光制御を実現することができる。また、本実施の形態では、露光期間Ｔ１は、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間としても、画像用信号を得るための電荷蓄積期間としても兼用されている。したがって、本実施の形態によれば、画像用信号に対していわばリアルタイムの自動露光制御が実現され、より一層高い精度で自動露光制御を実現することができる。
【００６５】
もっとも、本発明では、固体撮像素子３を利用する場合において、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間と、画像用信号を得るための電荷蓄積期間とを、分けてもよい。この場合、例えば、次のように行うことができる。最初に、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間を所定長さだけ行ない、その電荷蓄積期間における最後の期間において、又は、その電荷蓄積期間後において、図４中の期間Ｔ１１などから始まる１回の露光制御用検出信号の読み出し動作を行う。次に、電荷蓄積層４３を一旦リセットした後、画像用信号を得るための電荷蓄積期間を行い、その後、図４に示す画像用信号読み出し期間Ｔ２を行えばよい。このとき、例えば、画像用信号を得るための電荷蓄積期間の長さは、先に得られた露光制御用検出信号に基づいて、適正露光となるように定めればよい。この場合、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、前述した一連の動作が行われるようにしてもよい。あるいは、操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作に同期して、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間を所定長さだけ行ない、その電荷蓄積期間における最後の期間において、又は、その電荷蓄積期間後において、図４中の期間Ｔ１１などから始まる１回の露光制御用検出信号の読み出し動作を行い、その露光制御用検出信号に基づいて露光条件（絞り及びシャッタ時間）を決定し、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、電荷蓄積層４３を一旦リセットした後、先に決定された露光条件に従って画像用信号を得るための電荷蓄積期間を行い、その後に図４に示す画像用信号読み出し期間Ｔ２を行ってもよい。この場合には、絞り優先の自動露光制御のみならず、シャッタ時間優先の自動露光制御も実現することができる。
【００６６】
また、露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間と、画像用信号を得るための電荷蓄積期間とを分ける場合において、ストロボ１７を用いた自動露光制御を行う場合、例えば、操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作に同期して、ストロボ１７をプリ発光させ、そのプリ発光期間を露光制御用検出信号を得るための電荷蓄積期間とし、その電荷蓄積期間における最後の期間において、又は、その電荷蓄積期間後において、図４中の期間Ｔ１１などから始まる１回の露光制御用検出信号の読み出し動作を行い、その露光制御用検出信号に基づいて露光条件（絞り及びストロボ１７の発光期間）を決定し、操作部９ａのレリーズ釦の全押し操作に同期して、電荷蓄積層４３を一旦リセットした後、画像用信号を得るための電荷蓄積期間を行い、その後に図４に示す画像用信号読み出し期間Ｔ２を行ってもよい。
【００６７】
なお、本発明では、固体撮像素子３を用いた自動露光制御の手法は、前述した各例に限定されるものではない。例えば、前述した例では、露光量を示す指標値として、全画素２０の露光制御用検出信号の平均値を用いていたが、その代わりに、予め定めた一部の領域の画素２０の露光制御用検出信号の平均値や、被写体等の撮影条件に応じて手動又は自動で定めた一部の領域の画素２０の露光制御用検出信号の平均値などを、用いてもよい。常に所定の一部の領域の画素２０からの露光制御用検出信号のみしか用いない場合は、その他の領域の画素２０からは、フローティングゲート４６、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢ及び第２の選択トランジスタＳＥＬＢを取り除いておいてもよい。本発明では、少なくとも１つの画素２０がフローティングゲート４６等を有していればよい。
【００６８】
また、本発明は、静止画の撮像のみならず、動画の撮像についても適用することができる。例えば、図４に示す露光期間Ｔ１及び画像用信号読み出し期間Ｔ２を順次繰り返し、前述した自動露光制御によって各露光期間Ｔ１の長さを調整することで、各画像用信号読み出し期間Ｔ２で得た画像用信号を、図示しない液晶パネル等の表示部に、いわゆるライブビュー表示させてもよい。この場合、被写体の明暗等の変化に追従して高い精度で自動露光制御されたライブビュー表示画像を得ることができる。
【００６９】
［第２の実施の形態］
【００７０】
図５は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子５３の概略構成を示す回路図であり、図２に対応している。図６は、図５に示す固体撮像素子５３の画素２０を示す回路図であり、図３に対応している。図７は、図５に示す固体撮像素子５３の動作の一例を示すタイミングチャートであり、図４に対応している。図５乃至図７において、図２乃至図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７１】
本実施の形態による電子カメラが前記第１の実施の形態による電子カメラ１と異なる所は、固体撮像素子３に代えて固体撮像素子５３が用いられている点のみである。固体撮像素子５３が固体撮像素子３と異なる所は、水平信号線３５、出力アンプ３６、垂直信号線３１Ｂ、水平転送トランジスタＨＢ及び定電流源３２Ｂが取り除かれ、各画素２０の第２の増幅トランジスタＡＭＰＢのソースが、対応する列の垂直信号線３１Ａに接続されている点のみである。これにより、本実施の形態では、画像用信号の出力部を構成する要素３１Ａ，３２Ａ，３２Ｓ，３３，３４，ＣＳ，ＴＳ，ＨＳが、露光制御用検出信号の出力部としても兼用されている。
【００７２】
固体撮像素子５３の図７に示す動作例が、固体撮像素子３の図４に示す動作例と異なる所は、露光期間Ｔ１における動作のみである。
【００７３】
図７に示す動作例では、露光期間Ｔ１が開始すると、まず、期間Ｔ４１において、１行目の第２の選択パルスφＳＥＬＢ（１）がハイレベルに変化し、１行目の第２の選択トランジスタＳＥＬＢがオンする。これにより、１行目の画素２０が露光制御用検出信号を取得する画素として選択され、１行目の画素２０の露光制御用検出信号（第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力信号）が垂直信号線３１Ａに出力される。同時に、期間Ｔ４１において、転送パルスφＴＳがハイレベルに変化し、垂直転送トランジスタＴＳがオンする。これにより、１行目の画素２０の露光制御用検出信号が、カラムアンプ３４により増幅された後に、蓄積容量ＣＳに蓄積される。この動作は、１行目の各列の画素２０に対して同時並列に実行される。なお、第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力信号は比較的レベルが小さい。よって、カラムアンプ３４として可変ゲインアンプを用いる場合には、ＳＮ比を高めるために、露光制御用検出信号を垂直信号線３１Ａに出力する際に、図示しない制御信号によって、カラムアンプ３４のゲインを大きい値に設定することが好ましい。
【００７４】
期間Ｔ４１後の期間Ｔ４２において、水平走査回路２２からの水平走査信号φＨにより、水平転送トランジスタＨＳが列毎に順次オンされ、蓄積容量ＣＳに蓄積された露光制御用検出信号を水平信号線３２Ｓに読み出して、差動出力アンプ３３を介して露光制御用検出信号を外部に出力する。なお、本例では、露光期間Ｔ１中は、水平信号線３２Ｎはリセットされてリセット電位に維持されているため、蓄積容量ＣＳに蓄積された露光制御用検出信号が水平信号線３２Ｓに読み出されると、差動出力アンプ３３から露光制御用検出信号が出力されることになる。
【００７５】
次に、期間Ｔ４３，Ｔ４４において、１行目の画素２０に関して期間Ｔ４１，Ｔ４２で行われたのと同様の動作が、２行目の画素２０について行われ、それ以降の行の画素２０ついても同様の動作を繰り返す。このようにして、全画素２０について、露光制御用検出信号の読み出し動作が行われる。
【００７６】
本例においても、固体撮像素子３から読み出される露光制御用検出信号は、図１に示す信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器６を経てメモリ７に一旦格納されていく。全画素２０についての１回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が終了し、それらがメモリ７に格納されると、露光演算部１４は、露光量を示す指標値として、例えば全画素２０の露光制御用検出信号の平均値を算出し、その平均値が所定の適正露光範囲内に入っているか否かを判定する。適正露光範囲内に入っていれば、撮像制御部４は、メカニカルシャッタ１５を閉じ、露光期間Ｔ１を終了させる。一方、適正露光範囲内に入っていなければ、撮像制御部４はメカニカルシャッタ１５を開いたままとし、２回目以降の露光制御用検出信号の読み出し動作がなされ、各回の露光制御用検出信号の読み出し動作が完了する度に、その回の露光制御用検出信号について前述した平均値の算出・判定が行われ、その回の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入るまで、次回の露光制御用検出信号の読み出し動作が繰り返される。
【００７７】
図７に示す例では、期間Ｔ４５から始まる２回目の露光制御用検出信号の読み出し動作、及び、期間Ｔ４６から始まる３回目の露光制御用検出信号の読み出し動作が行われ、３回目の露光制御用検出信号について算出した平均値が適正露光範囲内に入ったことによって、露光期間Ｔ１が終了された状況を示している。
【００７８】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と比べて、水平信号線３５、出力アンプ３６、垂直信号線３１Ｂ、水平転送トランジスタＨＢ及び定電流源３２Ｂが取り除かれているので、構成が簡単となり、コストを低減することができる。
【００７９】
［第３の実施の形態］
【００８０】
図８は、本発明の第３の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子６３の概略構成を示す回路図であり、図５に対応している。図９は、図８に示す固体撮像素子６３の画素２０を示す回路図であり、図６に対応している。図１０は、図８に示す固体撮像素子６３の動作の一例を示すタイミングチャートであり、図７に対応している。図８乃至図１０において、図５乃至図７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態による電子カメラが前記第２の実施の形態による電子カメラと異なる所は、固体撮像素子５３に代えて固体撮像素子６３が用いられている点のみである。固体撮像素子６３が固体撮像素子５３と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００８２】
固体撮像素子６３では、各画素２０において、制御信号φＰに応答して反転層形成用電位Ｖｐｉｎをフローティングゲート４６に供給する電位供給部としての、電位供給トランジスタ６４が追加されている。反転層形成用電位Ｖｐｉｎは、フォトダイオードＰＤの電荷蓄積層４３におけるフローティングゲート４６の側に反転層を形成するための電位である。本実施の形態では、電荷蓄積層４３がＮ型であることから、反転層形成用電位Ｖｐｉｎとして負電圧が用いられる。反転層形成用電位Ｖｐｉｎは、例えば、電源電圧として供給される。本実施の形態では、電位供給トランジスタ６４としてｎＭＯＳトランジスタが用いられている。電位供給トランジスタ６４のソースは、反転層形成用電位Ｖｐｉｎに接続されている。電位供給トランジスタ６４のドレインは、フローティングゲート４６に接続されている。
【００８３】
電位供給トランジスタ６４のゲートは、行毎に、制御信号線６５に接続されている。制御信号線６５は、電位供給トランジスタ６４を制御する制御信号φＰを、垂直走査回路２１から電位供給トランジスタ６４のゲートに供給する。電位供給トランジスタ６４は、制御信号φＰのハイレベル期間にオンし、反転層形成用電位Ｖｐｉｎをフローティングゲート４６に印加する。フローティングゲート４６に負電圧の反転層形成用電位Ｖｐｉｎが印加されると、電荷蓄積層４３におけるフローティングゲート４６の側にホール６６が誘起されてＰ型の反転層が形成され、フォトダイオードＰＤは埋め込みフォトダイオードとして機能することになる。その結果、電荷蓄積層４３の表面から発生する暗電流を低減することができ、ＳＮ比を高めることができる。また、電荷が電荷蓄積層４３に蓄積された後に、転送パルスφＴＸをハイレベルとして電荷をフローティングディフュージョンＦＤへ転送する際に、フローティングゲート４６に反転層形成用電位Ｖｐｉｎを印加しておくと、その電荷転送が容易になる（電荷を転送残りがなく完全に転送し易くなる）という効果も得られる。
【００８４】
図１０に示す動作例では、各行に関して、ｎ行目の制御信号φＰ（ｎ）として、ｎ行目の選択パルスφＳＥＬＢ（ｎ）の反転信号が用いられている。これにより、各電荷蓄積層４３に関して、その電荷蓄積層４３に対応して設けられたフローティングゲート４６からの露光制御用検出信号の読み出し期間を除いた全ての期間において、そのフローティングゲート４６に反転層形成用電位Ｖｐｉｎが印加される。したがって、本実施の形態では、前述した暗電流を低減する効果、及び、電荷転送を容易にする効果を、最も効果的に得ることができるので、好ましい。しかしながら、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ｎ行目の画素２０のフローティングゲート４６に反転層形成用電位Ｖｐｉｎを印加する期間は、露光期間Ｔ１のうちｎ行目の画素２０の第２の増幅トランジスタＡＭＰＢの出力の読み出し期間（φＳＥＬＢ（ｎ）がハイレベルの期間）以外の期間のうちの、一部の期間のみとしてもよい。この場合であっても、前記第２の実施の形態に比べると、暗電流を低減することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態によっても、前記第２の実施の形態と同様の利点を得ることができる。なお、前記第１の実施の形態においても、本実施の形態と同様に電位供給トランジスタ６４を追加してもよい。
【００８６】
［第４の実施の形態］
【００８７】
図１１は、本発明の第４の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素２０を示す回路図であり、図９に対応している。図１１において、図２乃至図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００８８】
例えば、特開２００２−２３１９３０号公報において、いわゆる背面照射型の固体撮像素子（入射光を通常の固体撮像素子とは反対側から入射させる固体撮像素子）が開示されている。
【００８９】
本実施の形態は、このような固体撮像素子に準じて、前記第３の実施の形態において、固体撮像素子６３を背面照射型に変形したものである。本実施の形態では、図１１に示すように、基板４１の背面から光を照射している。図面には示していないが、背面から光を照射するため、基板４１の厚みは例えば約１０μｍ程度まで薄くしている。
【００９０】
本実施の形態では、図１１に示すように、入射光が電荷蓄積層４３に向けてフローティングゲート４６とは反対側から入射されるので、フローティングゲート４６を透光性を有する材料で構成する必要がなくなり、プロセスの制約が少なくなるという利点が得られる。なお、本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点を得ることができる。
【００９１】
前記第１及び第２の実施の形態についても、本実施の形態と同様に固体撮像素子３，５３を背面照射型に変形してもよい。
【００９２】
以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電子カメラを示す概略ブロック図である。
【図２】図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】図２に示す固体撮像素子の画素を示す回路図である。
【図４】図２に示す固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図６】図５に示す固体撮像素子の画素を示す回路図である。
【図７】図５に示す固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第３の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図９】図８に示す固体撮像素子の画素を示す回路図である。
【図１０】図８に示す固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第４の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子画素を示す回路図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  電子カメラ
３，５３，６３  固体撮像素子
３１Ａ  第１の垂直信号線
３１Ｂ  第２の垂直信号線
４３  電荷蓄積層
４６  フローティングゲート
４７  絶縁膜
６４  電位供給トランジスタ
ＰＤ  フォトダイオード
ＦＤ  フローティングディフュージョン
ＡＭＰＡ  第１の増幅トランジスタ
ＡＭＰＢ  第２の増幅トランジスタ
ＴＸ  転送トランジスタ
ＳＥＬＡ  第１の選択トランジスタ
ＳＥＬＢ  第２の選択トランジスタ
Ｖｐｉｎ  反転層形成用電位
【図１】
2010028226.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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