(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な複数段の電荷転送蓄積部と、
前記複数段の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部と
を備える複数の単位画素が２次元に配列され、
前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷を順に前記電荷転送蓄積部に転送し、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷をそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積し、
１画素あるいは複数の画素単位で、
前記不要電荷及び前記複数の信号電荷を、前記電荷転送蓄積部に転送された順に前記電荷検出部に転送し、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号を読み出し、
全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記複数の連続する露光期間において、後の露光期間ほど時間が短い
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記蓄積開始処理の後、最初の前記信号電荷が前記電荷転送蓄積部に転送される前に、前記蓄積開始処理により前記電荷転送蓄積部に転送された前記不要電荷を前記電荷検出部に転送する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な複数段の電荷転送蓄積部と、
前記複数段の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部と
を備える複数の単位画素が２次元に配列される固体撮像装置の前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷を順に前記電荷転送蓄積部に転送し、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷をそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積し、
１画素あるいは複数の画素単位で、
前記不要電荷及び前記複数の信号電荷を、前記電荷転送蓄積部に転送された順に前記電荷検出部に転送し、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号を読み出し、
全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行するように駆動する
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
前記複数の連続する露光期間において、後の露光期間ほど時間が短い
請求項４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記蓄積開始処理の後、最初の前記信号電荷が前記電荷転送蓄積部に転送される前に、前記蓄積開始処理により前記電荷転送蓄積部に転送された前記不要電荷を前記電荷検出部に転送する
請求項４に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な複数段の電荷転送蓄積部と、
前記複数段の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部と
を備える複数の単位画素が２次元に配列され、
前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷を順に前記電荷転送蓄積部に転送し、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷をそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積し、
１画素あるいは複数の画素単位で、
前記不要電荷及び前記複数の信号電荷を、前記電荷転送蓄積部に転送された順に前記電荷検出部に転送し、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号を読み出し、
全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する
固体撮像装置を搭載した電子機器。
【請求項８】
光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な第１及び第２の電荷転送蓄積部と、
前記第１及び第２の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部と
を備える複数の単位画素が２次元に配列され、
前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、前記不要電荷を前記第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送し、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理を実行し、
１画素あるいは複数の画素単位で、
次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理を実行し、
全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する
固体撮像装置。
【請求項９】
前記信号電荷を前記電荷転送蓄積部に転送した直後に、前記読み出し処理を開始する
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な第１及び第２の電荷転送蓄積部と、
前記第１及び第２の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部と
を備える複数の単位画素が２次元に配列され固体撮像装置の前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、前記不要電荷を前記第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送し、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理を実行し、
１画素あるいは複数の画素単位で、
次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理を実行し、
全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行するように駆動する
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記信号電荷を前記電荷転送蓄積部に転送した直後に、前記読み出し処理を開始する
請求項１０に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
光電変換素子と、
前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な第１及び第２の電荷転送蓄積部と、
前記第１及び第２の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部と
を備える複数の単位画素が２次元に配列され、
前記複数の単位画素の全てが同時に、
前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、前記不要電荷を前記第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送し、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理を実行し、
１画素あるいは複数の画素単位で、
次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理を実行し、
全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する
固体撮像装置を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および、電子機器に関し、特に、グローバルシャッタに対応した固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つのフォトダイオードに対して２つのポテンシャル井戸を設けることにより、固体撮像装置のダイナミックレンジを拡大することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、同じ強度の光に対して流入する電荷量に差がつくように、フォトダイオードの両側にポテンシャル井戸を設ける。そして、流入量が大きい方のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を高感度信号として読み出し、流入量が小さい方のポテンシャル井戸に蓄積された電荷を低感度信号として読み出し、その２つの信号を用いて固体撮像装置のダイナミックレンジを拡大することが提案されている。
【０００３】
また、従来、ＣＭＯＳ高速度イメージセンサ用の全画素同時電子シャッタが開発されている。全画素同時電子シャッタとは、撮像に有効な全ての画素について同時に露光を開始し、同時に露光を終了する動作を行うものであり、グローバルシャッタ（グローバル露光）とも呼ばれる。
【０００４】
そして、従来、画素内に２つの電荷保持部を設けて、グローバルシャッタを用いた動画撮影を可能にすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、フォトダイオードとフローティングディフュージョン領域（ＦＤ領域）との間に、第１の電荷保持部および第２の電荷保持部の２つの電荷保持部を設ける。そして、前のフレームにおいて蓄積された電荷を第２電荷保持部に保持し、１行毎にＦＤ領域に転送して、前のフレームの電荷に基づく画素信号を読み出す。それと並行して、フォトダイオードを全画素同時にリセットして露光を開始し、フォトダイオードに蓄積された電荷を全画素同時に第１の電荷保持部に転送する。これにより、グローバルシャッタを用いた動画撮影が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開２００７／８３７０４号
【特許文献２】特開２００９−２９６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、１画素に浮遊拡散領域が２つ設けられる。そのため、１画素当たりのフォトダイオードの面積が小さくなり、感度が低下する。逆に、１画素当たりのフォトダイオードの面積を小さくしなければ、１画素あたりの面積が大きくなり、固体撮像装置のサイズが大きくなる。
【０００７】
また、特許文献１に記載の発明では、１つのフォトダイオードから異なる方向に設けられた２つのポテンシャル井戸に電荷が転送される。しかし、１つのフォトダイオードから異なる方向に完全に電荷を転送できるように、フォトダイオードの不純物分布を形成するのは困難である。そのため、特許文献１に記載の発明では、フォトダイオードに蓄積された電荷が完全に転送されずに残留したり、２つのポテンシャル井戸への電荷転送量の特性に画素間でバラツキが生じたりする場合がある。その結果、ノイズや画素特性のバラツキ等が生じ、画質の低下を招いていた。
【０００８】
さらに、特許文献１に記載の発明では、グローバルシャッタを行うことができず、いわゆるローリングシャッタが行われるため、行毎に露光期間のズレが生じ、特に動きが速い被写体が歪んで撮影される。
【０００９】
また、特許文献２に記載の発明では、電荷保持部とは別に、フォトダイオードに蓄積された不要電荷を排出するための電荷排出部が設けられている。しかし、上述したように、１つのフォトダイオードから異なる方向に完全に電荷を転送できるようにするのは技術的に困難である。その結果、上述した理由により、ノイズや画素特性のバラツキ等が生じ、画質の低下を招いていた。
【００１０】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、グローバルシャッタを用いて撮影した画像の画質を向上できるようにするものである。より具体的には、グローバルシャッタを用いて撮影した画像の画質を低下させずに、ダイナミックレンジを拡大できるようにするものである。また、グローバルシャッタを用いた動画撮影の画質を向上できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の側面の固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な複数段の電荷転送蓄積部と、前記複数段の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部とを備える複数の単位画素が２次元に配列され、前記複数の単位画素の全てが同時に、前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷を順に前記電荷転送蓄積部に転送し、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷をそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積し、１画素あるいは複数の画素単位で、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷を、前記電荷転送蓄積部に転送された順に前記電荷検出部に転送し、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号を読み出し、全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する。
【００１２】
前記複数の連続する露光期間において、後の露光期間ほど時間が短くすることができる。
【００１３】
前記複数の単位画素の全てが同時に、前記蓄積開始処理の後、最初の前記信号電荷が前記電荷転送蓄積部に転送される前に、前記蓄積開始処理により前記電荷転送蓄積部に転送された前記不要電荷を前記電荷検出部に転送させることができる。
【００１４】
本発明の第１の側面の固体撮像装置の駆動方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な複数段の電荷転送蓄積部と、前記複数段の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部とを備える複数の単位画素が２次元に配列される固体撮像装置の前記複数の単位画素の全てが同時に、前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷を順に前記電荷転送蓄積部に転送し、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷をそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積し、１画素あるいは複数の画素単位で、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷を、前記電荷転送蓄積部に転送された順に前記電荷検出部に転送し、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号を読み出し、全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行するように駆動する。
【００１５】
前記複数の連続する露光期間において、後の露光期間ほど時間が短くすることができる。
【００１６】
前記複数の単位画素の全てが同時に、前記蓄積開始処理の後、最初の前記信号電荷が前記電荷転送蓄積部に転送される前に、前記蓄積開始処理により前記電荷転送蓄積部に転送された前記不要電荷を前記電荷検出部に転送させることができる。
【００１７】
本発明の第１の側面の電子機器は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な複数段の電荷転送蓄積部と、前記複数段の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部とを備える複数の単位画素が２次元に配列され、前記複数の単位画素の全てが同時に、前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷を順に前記電荷転送蓄積部に転送し、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷をそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積し、１画素あるいは複数の画素単位で、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷を、前記電荷転送蓄積部に転送された順に前記電荷検出部に転送し、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号を読み出し、全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する固体撮像装置を搭載する。
【００１８】
本発明の第１の側面においては、固体撮像装置の複数の単位画素の全てにおいて同時に、光電変換素子に蓄積されている不要電荷を電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、それぞれ時間が異なる複数の連続する露光期間に前記光電変換素子で発生した複数の信号電荷が順に前記電荷転送蓄積部に転送され、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷がそれぞれ異なる前記電荷転送蓄積部に蓄積され、１画素あるいは複数の画素単位で、前記不要電荷及び前記複数の信号電荷が、前記電荷転送蓄積部に転送された順に電荷検出部に転送され、前記不要電荷が前記電荷検出部から排出され、前記複数の信号電荷にそれぞれ基づく複数の信号が読み出され、全ての前記単位画素の前記複数の信号の読み出しが終了する前に、次の前記蓄積開始処理が実行される。
【００１９】
本発明の第２の側面の固体撮像装置は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な第１及び第２の電荷転送蓄積部と、前記第１及び第２の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部とを備える複数の単位画素が２次元に配列され、前記複数の単位画素の全てが同時に、前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、前記不要電荷を前記第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送し、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理を実行し、１画素あるいは複数の画素単位で、次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理を実行し、全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する。
【００２１】
前記信号電荷を前記電荷転送蓄積部に転送した直後に、前記読み出し処理を開始させることができる。
【００２２】
本発明の第２の側面の固体撮像装置の駆動方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な第１及び第２の電荷転送蓄積部と、前記第１及び第２の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部とを備える複数の単位画素が２次元に配列され固体撮像装置の前記複数の単位画素の全てが同時に、前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、前記不要電荷を前記第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送し、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理を実行し、１画素あるいは複数の画素単位で、次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理を実行し、全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行するように駆動する。
【００２４】
前記信号電荷を前記電荷転送蓄積部に転送した直後に、前記読み出し処理を開始させることができる。
【００２５】
本発明の第２の側面の電子機器は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能な第１及び第２の電荷転送蓄積部と、前記第１及び第２の電荷転送蓄積部を介して前記光電変換素子から転送される電荷を信号として読み出すために保持する電荷検出部とを備える複数の単位画素が２次元に配列され、前記複数の単位画素の全てが同時に、前記光電変換素子に蓄積されている不要電荷を前記第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、前記不要電荷を前記第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送し、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理を実行し、１画素あるいは複数の画素単位で、次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理を実行し、全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理を実行する。
【００２６】
本発明の第２の側面においては、固体撮像装置の複数の単位画素の全てにおいて同時に、光電変換素子に蓄積されている不要電荷を第１の電荷転送蓄積部に転送する蓄積開始処理の後、不要電荷が第２の電荷転送蓄積部を介して前記電荷検出部に転送され、所定の露光期間に前記光電変換素子で発生した信号電荷を、前記第１の電荷転送蓄積部を介して第２の電荷転送蓄積部に転送する蓄積終了処理が実行され、１画素あるいは複数の画素単位で、次の前記蓄積終了処理までの間に、前記不要電荷を前記電荷検出部から排出し、前記第２の電荷転送蓄積部に転送された前記信号電荷を、前記電荷検出部に転送して前記信号電荷に基づく信号を読み出す読み出し処理が実行され、全ての前記単位画素の前記読み出し処理が終了する前に、次の前記蓄積開始処理が実行される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１又は第２の側面によれば、グローバルシャッタを用いて撮影した画像の画質が向上する。特に、本発明の第１の側面によれば、グローバルシャッタを用いて撮影した画像の画質を低下させずに、ダイナミックレンジを拡大することができる。また、本発明の第２の側面によれば、グローバルシャッタを用いた動画撮影の画質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】単位画素の回路構成の例を示す回路図である。
【図３】単位画素の構造例を示す図である。
【図４】固体撮像装置の駆動処理の第１の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図５】固体撮像装置の駆動処理の第１の実施の形態を説明するためのポテンシャル図である。
【図６】固体撮像装置の駆動処理の第１の実施の形態を説明するためのポテンシャル図である。
【図７】固体撮像装置の駆動処理の第１の実施の形態を説明するためのポテンシャル図である。
【図８】固体撮像装置の駆動処理の第２の実施の形態を説明するためのフローチャートである。
【図９】固体撮像装置の駆動処理の第２の実施の形態を説明するためのポテンシャル図である。
【図１０】固体撮像装置の駆動処理の第２の実施の形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】本発明を適用した電子機器の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００３４】
＜１．実施の形態＞
まず、図１乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００３５】
［固体撮像装置の構成例］
図１は、本発明を適用した固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【００３６】
固体撮像装置１００は、画素部１１１、垂直駆動回路１１２、カラム処理回路１１３、出力回路１１４、および、制御回路１１５を含むように構成される。画素部１１１、垂直駆動回路１１２、カラム処理回路１１３、出力回路１１４、および、制御回路１１５は、図示せぬ半導体基板（チップ）上に形成されている。
【００３７】
画素部１１１には、入射光量に応じた電荷量の光電荷を発生して内部に蓄積する光電変換素子を有する単位画素（図２および図３の単位画素１３１）が、行列状に２次元配置されている。なお、以下、入射光量に応じた電荷量の光電荷を、単に「電荷」と称し、単位画素を、単に「画素」と称する場合がある。また、図示は省略しているが、画素部１１１には、行列状の画素配列に対して行ごとに画素駆動線が図の左右方向（画素行の画素の配列方向）に沿って形成され、列ごとに垂直信号線が図の上下方向（画素列の画素の配列方向）に沿って形成されている。
【００３８】
垂直駆動回路１１２は、条件に応じて１行や全行の画素行を選択するシフトレジスタやアドレスデコーダ、選択された画素行に駆動パルスを通すスイッチング回路、それをバッファリングして画素駆動線を駆動するバッファ回路などによって構成され、画素部１１１の各単位画素を、全画素同時、行単位、あるいは、画素単位で駆動する画素駆動部である。
【００３９】
垂直駆動回路１１２によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される画素信号は、図示せぬ垂直信号線を通してカラム処理回路１１３に供給される。カラム処理回路１１３は、画素信号に対して所定の信号処理を行うとともに、信号処理後の画素信号を一時的に保持する。
【００４０】
具体的には、カラム処理回路１１３は、信号処理としてノイズ除去処理、例えば、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング）処理を行う。例えば、ＣＤＳ処理を行うことにより、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等の画素固有のランダムノイズや固定パターンノイズが除去される。なお、カラム処理回路１１３に、ノイズ除去処理以外に、例えば、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換機能を持たせ、信号レベルをデジタル信号で出力させるようにすることも可能である。
【００４１】
また、カラム処理回路１１３は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成される水平駆動部を備え、水平駆動部による選択走査により、カラム処理回路１１３で信号処理された画素信号が順番に出力回路１１４に出力される。
【００４２】
出力回路１１４は、カラム処理回路１１３から出力される画素信号に対して、ゲイン調整、傷補正、加算処理等の種々の信号処理を行う。出力回路１１４は、信号処理を行った後の画素信号からなる画像信号を固体撮像装置１００の外部に出力する。なお、出力回路１１４は、固体撮像装置１００とは別の基板に設けられる外部信号処理部、例えばＤＳＰ(Digital Signal Processor)やソフトウエアによる処理により実現するようにしてもよいし、固体撮像装置１００と同じ基板上に搭載するようにしてもよい。
【００４３】
制御回路１１５は、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータ等によって構成され、タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動回路１１２、カラム処理回路１１３および出力回路１１４などの駆動制御を行う。
【００４４】
［単位画素の構造］
次に、図２および図３を参照して、図１の画素部１１１に行列状に配置されている単位画素１３１の具体的な構成について説明する。
【００４５】
図２は、単位画素１３１の回路構成の例を示している。単位画素１３１は、光電変換素子であるフォトダイオード（ＰＤ）１４１、第１ＣＣＤ１４２、第２ＣＣＤ１４３、転送ゲート１４４、浮遊拡散領域（ＦＤ：Floating Diffusion）１４５、リセットトランジスタ（Ｒｓｔ）１４６、選択トランジスタ（Ｓｅｌ）１４７、増幅トランジスタ（Ａｍｐ）１４８、および、電源１４９を含むように構成される。
【００４６】
フォトダイオード１４１のアノードは接地され、カソードは、第１ＣＣＤ１４２、第２ＣＣＤ１４３、および、転送ゲート１４４を介して浮遊拡散領域１４５に接続されている。
【００４７】
第１ＣＣＤ１４２のゲート電極１７１Ａ（図３）は、ＣＣＤ１配線１５２に接続されている。ＣＣＤ１配線１５２は行毎に設けられ、同じ行の単位画素１３１の第１ＣＣＤ１４２のゲート電極１７１Ａが、同じＣＣＤ１配線１５２に接続される。
【００４８】
第２ＣＣＤ１４３のゲート電極１７３Ａ（図３）は、ＣＣＤ２配線１５３に接続されている。ＣＣＤ２配線１５３は行毎に設けられ、同じ行の単位画素１３１の第２ＣＣＤ１４３のゲート電極１７３Ａが、同じＣＣＤ２配線１５３に接続される。
【００４９】
転送ゲート１４４のゲート電極１４４Ａ（図３）は転送配線１５４に接続されている。転送配線１５４は行毎に設けられ、同じ行の単位画素１３１の転送ゲート１４４のゲート電極１４４Ａが、同じ転送配線１５４に接続される。
【００５０】
リセットトランジスタ１４６は、例えば、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタにより構成される。リセットトランジスタ１４６のドレイン電極は電源１４９に接続され、ゲート電極はＲｓｔ配線１５０に接続され、ソース電極は浮遊拡散領域１４５に接続されている。Ｒｓｔ配線１５０は行毎に設けられ、同じ行の単位画素１３１のリセットトランジスタ１４６のゲート電極が、同じＲｓｔ配線１５０に接続される。そして、リセットトランジスタ１４６のゲート電極にリセットパルスＲＳＴが印加され、リセットトランジスタ１４６がオンされることにより、浮遊拡散領域１４５がリセットされ、浮遊拡散領域１４５から電荷が排出される。
【００５１】
選択トランジスタ１４７は、例えば、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタにより構成される。選択トランジスタ１４７のドレイン電極は電源１４９に接続され、ゲート電極はＳＥＬ配線１５１に接続され、ソース電極は増幅トランジスタ１４８のドレイン電極に接続されている。ＳＥＬ配線１５１は行毎に設けられ、同じ行の単位画素１３１の選択トランジスタ１４７のゲート電極が、同じＳＥＬ配線１５１に接続される。そして、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加され、選択トランジスタ１４７がオンされることにより、画素信号を読み出す対象となる単位画素１３１が選択される。
【００５２】
増幅トランジスタ１４８は、例えば、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタにより構成される。増幅トランジスタ１４８のゲート電極は浮遊拡散領域１４５に接続され、ソース電極は垂直信号線１５５に接続されている。垂直信号線１５５は列毎に設けられ、同じ列の単位画素１３１の増幅トランジスタ１４８のソース電極が、同じ垂直信号線１５５に接続される。増幅トランジスタ１４８は、選択トランジスタ１４７がオンされているとき、浮遊拡散領域１４５の電圧を示す信号を、垂直信号線１５５を介してカラム処理回路１１３に供給する。
【００５３】
なお、ここで例示したリセットトランジスタ１４６、増幅トランジスタ１４８および選択トランジスタ１４７の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。また、リセットトランジスタ１４６、増幅トランジスタ１４８および選択トランジスタ１４７については、その一つあるいは複数を画素信号の読み出し方法によって省略したり、複数の画素間で共有したりすることも可能である。さらに、例えば、選択トランジスタ１４７を、増幅トランジスタ１４８と垂直信号線１５５の間に配置するようにすることも可能である。
【００５４】
図３は、単位画素１３１のフォトダイオード１４１から浮遊拡散領域１４５までの断面の構造を模式的に示している。
【００５５】
フォトダイオード１４１は、例えば、Ｎ型基板１８１上に形成されたＰ型ウェル層１８２に対して、Ｐ型層１８３を基板表面側に形成してＮ型埋め込み層１８４を埋め込むことによって形成される埋め込み型フォトダイオードである。また、Ｎ型埋め込み層１８４とＮ型基板１８１との間において、Ｐ型ウェル層１８２が薄く形成されている。これにより、フォトダイオード１４１が飽和した場合、フォトダイオード１４１から溢れた電荷は、第１ＣＣＤ１４２の方に流出せずに、薄くなったＰ型ウェル層１８２を介してＮ型基板１８１に排出される。
【００５６】
第１ＣＣＤ１４２は、第１ＣＣＤゲート１７１およびメモリ部１７２により構成される。第１ＣＣＤゲート１７１は、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加されると、フォトダイオード１４１に蓄積されている電荷を転送する。なお、以下、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加された状態を、転送パルスＴＲＣ１がオンされた状態、あるいは、第１ＣＣＤゲート１７１がオンされた状態とも称する。また、以下、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加されていない状態を、転送パルスＴＲＣ１がオフされた状態、あるいは、第１ＣＣＤゲート１７１がオフされた状態とも称する。
【００５７】
メモリ部１７２は、ゲート電極１７１Ａの下に形成された濃度が低いＮ型の埋め込みチャネル１８５によって形成され、第１ＣＣＤゲート１７１によってフォトダイオード１４１から転送された電荷を蓄積する。なお、メモリ部１７２が埋め込みチャネル１８５によって形成されていることと、ゲート電極１７１Ａのオフ電圧がＰ型ウェル層１８２に対して負の電圧に設定されていることで、Ｓｉ−ＳｉＯ２界面での暗電流の発生を抑えることができ、画質の向上に寄与できる。
【００５８】
また、メモリ部１７２の上部にゲート電極１７１Ａを配置し、そのゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１を印加することにより、メモリ部１７２に変調をかけることができる。すなわち、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加されることにより、メモリ部１７２のポテンシャルが深くなる。これにより、メモリ部１７２の飽和電荷量を、変調を掛けない場合よりも増やすことができる。
【００５９】
第２ＣＣＤ１４３は、第２ＣＣＤゲート１７３およびメモリ部１７４により構成される。第２ＣＣＤゲート１７３は、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加されると、メモリ部１７２に蓄積されている電荷を転送する。なお、以下、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加された状態を、転送パルスＴＲＣ２がオンされた状態、あるいは、第２ＣＣＤゲート１７３がオンされた状態とも称する。また、以下、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加されていない状態を、転送パルスＴＲＣ２がオフされた状態、あるいは、第２ＣＣＤゲート１７３がオフされた状態とも称する。
【００６０】
メモリ部１７４は、ゲート電極１７３Ａの下に形成された濃度が低いＮ型の埋め込みチャネル１８６によって形成され、第２ＣＣＤゲート１７３によってメモリ部１７２から転送された電荷を蓄積する。なお、メモリ部１７４が埋め込みチャネル１８６によって形成されていることと、ゲート電極１７３Ａのオフ電圧がＰ型ウェル層１８２に対して負の電圧に設定されていることで、Ｓｉ−ＳｉＯ２界面での暗電流の発生を抑えることができる、画質の向上に寄与できる。
【００６１】
また、メモリ部１７４の上部にゲート電極１７３Ａを配置し、そのゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２を印加することにより、メモリ部１７４に変調をかけることができる。すなわち、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加されることにより、メモリ部１７４のポテンシャルが深くなる。これにより、メモリ部１７４の飽和電荷量を、変調を掛けない場合よりも増やすことができる。
【００６２】
このように、単位画素１３１には、フォトダイオード１４１で発生した電荷を順に転送するとともに、電荷の蓄積が可能なＣＣＤが２段設けられている。
【００６３】
転送ゲート１４４は、ゲート電極１４４Ａに転送パルスＴＲＧが印加されると、メモリ部１７４に蓄積された電荷を転送する。なお、以下、ゲート電極１４４Ａに転送パルスＴＲＧが印加された状態を、転送パルスＴＲＧがオンされた状態、あるいは、転送ゲート１４４がオンされた状態とも称する。また、以下、ゲート電極１４４Ａに転送パルスＴＲＧが印加されていない状態を、転送パルスＴＲＧがオフされた状態、あるいは、転送ゲート１４４がオフされた状態とも称する。
【００６４】
浮遊拡散領域１４５は、Ｎ型層からなる電荷電圧変換部であり、転送ゲート１４４によりメモリ部１７４から転送された電荷を信号として読み出すために保持し、保持した電荷を電圧に変換する。
【００６５】
なお、メモリ部１７２、メモリ部１７４、および、浮遊拡散領域１４５の表面側は遮光されている。
【００６６】
［単位画素１３１の駆動方法の第１の実施の形態］
次に、図４乃至図７を参照して、固体撮像装置１００の単位画素１３１の駆動方法の第１の実施の形態について説明する。なお、図４は、単位画素１３１の駆動処理を説明するためのフローチャートである。また、図５乃至図７は、単位画素１３１の各部のポテンシャル図である。図５乃至図７のポテンシャル図は、縦方向がポテンシャルを示し、下方向ほど電子にとってのポテンシャルが低く（電位が高く）なる。
【００６７】
なお、図５に示されるように、図４のステップＳ１の処理前の時刻ｔ０において、固体撮像装置１００の各単位画素１３１のフォトダイオード１４１に不要電荷Ｎ０が蓄積され、第１ＣＣＤ１４２、第２ＣＣＤ１４３、浮遊拡散領域１４５はリセットされ、電荷が排出されているものとする。
【００６８】
図４のステップＳ１乃至Ｓ３の処理は、各単位画素１３１が入射光量に応じた電荷を蓄積する蓄積期間の処理であり、全画素同時に実行される。
【００６９】
ステップＳ１において、全画素同時に、フォトダイオード１４１に蓄積されている不要電荷を排出し、第１信号電荷の蓄積を開始する。
【００７０】
具体的には、時刻ｔ１において、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加され、第１ＣＣＤゲート１７１がオンし、フォトダイオード１４１に蓄積されている不要電荷Ｎ０が、第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に転送される。
【００７１】
時刻ｔ２において、転送パルスＴＲＣ１がオフし、第１ＣＣＤゲート１７１がオフする。この時点から、フォトダイオード１４１において第１信号電荷（以下、信号電荷Ｓ１と称する）の蓄積が開始される。
【００７２】
時刻ｔ３において、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加され、第２ＣＣＤゲート１７３がオンし、第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に蓄積されている不要電荷Ｎ０が第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に転送される。
【００７３】
時刻ｔ４において、転送パルスＴＲＣ２がオフし、第２ＣＣＤゲート１７３がオフする。
【００７４】
時刻ｔ５において、ゲート電極１４４Ａに転送パルスＴＲＧが印加され、転送ゲート１４４がオンし、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に蓄積されている不要電荷Ｎ０が浮遊拡散領域１４５に転送される。
【００７５】
時刻ｔ６において、転送パルスＴＲＧがオフし、転送ゲート１４４がオフする。また、リセットトランジスタ１４６のゲート電極にリセットパルスＲＳＴが印加され、浮遊拡散領域１４５がリセットされ、浮遊拡散領域１４５から不要電荷Ｎ０が排出される。
【００７６】
その後、時刻ｔ６の状態が継続され、フォトダイオード１４１に信号電荷Ｓ１が蓄積される（時刻ｔ７）。
【００７７】
ステップＳ２において、全画素同時に、第１信号電荷を第２ＣＣＤ１４３に転送し、第２信号電荷の蓄積を開始する。
【００７８】
具体的には、時刻ｔ２においてフォトダイオード１４１への信号電荷Ｓ１の蓄積が開始されてから所定の露光時間Ｔ１が経過した時刻ｔ８において、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加され、第１ＣＤＤゲート１７１がオンする。これにより、フォトダイオード１４１に蓄積されている信号電荷Ｓ１が第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に転送される。従って、時刻ｔ２から時刻ｔ８までが、信号電荷Ｓ１を蓄積するための露光期間（以下、露光期間Ｔ１と称する）となる。
【００７９】
時刻ｔ９において、転送パルスＴＲＣ１がオフし、第１ＣＣＤゲート１７１がオフする。この時点から、フォトダイオード１４１において第２信号電荷（以下、信号電荷Ｓ２と称する）の蓄積が開始される。すなわち、露光期間Ｔ１の終了後、すぐに次の露光期間が開始される。
【００８０】
時刻ｔ１０において、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加され、第２ＣＤＤゲート１７３がオンし、第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に蓄積されている信号電荷Ｓ１が第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に転送される。
【００８１】
時刻ｔ１１において、転送パルスＴＲＣ２がオフし、第２ＣＣＤゲート１７３がオフする。
【００８２】
その後、時刻ｔ１１の状態が継続され、フォトダイオード１４１に信号電荷Ｓ２が蓄積される（時刻ｔ１２）。
【００８３】
ステップＳ３において、全画素同時に、第２信号電荷を第１ＣＣＤ１４２に転送する。
【００８４】
具体的には、時刻ｔ９においてフォトダイオード１４１への信号電荷Ｓ２の蓄積が開始されてから所定の露光時間Ｔ２が経過した時刻ｔ１３において、ゲート電極１７１Ａに転送パルスＴＲＣ１が印加され、第１ＣＤＤゲート１７１がオンする。これにより、フォトダイオード１４１に蓄積されている信号電荷Ｓ２が第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に転送される。従って、時刻ｔ９から時刻ｔ１３までが、信号電荷Ｓ２を蓄積するための露光期間（以下、露光期間Ｔ２と称する）となる。
【００８５】
時刻ｔ１４において、転送パルスＴＲＣ１がオフし、第１ＣＣＤゲート１７１がオフする。この時点から、フォトダイオード１４１において不要電荷（以下、不要電荷Ｎ１と称する）の蓄積が開始される。なお、もし、不要電荷Ｎ１によりフォトダイオード１４１が飽和しても、フォトダイオード１４１から溢れた不要電荷Ｎ１は、Ｐ型ウェル層１８２を介してＮ型基板１８１に排出され、各ＣＣＤのメモリ部に保持されている信号電荷には影響を与えない。
【００８６】
以上のステップＳ１乃至Ｓ３の処理より、固体撮像装置１００の全画素が同時に露光を開始し、同時に露光を終了するグローバル露光が２回連続して行われる。そして、複数の連続する露光期間Ｔ１，Ｔ２にフォトダイオード１４１で発生した信号電荷Ｓ１，Ｓ２が、それぞれ異なるＣＣＤのメモリ部に蓄積される。
【００８７】
ステップＳ４乃至Ｓ１０の処理は、各単位画素１３１に蓄積された電荷の読み出しが行われる読み出し期間の処理であり、画素ごとあるいは複数の画素単位で実行される。なお、以下、行ごとに実行する例を示す。すなわち、この例では、ステップＳ４乃至Ｓ１０の処理は、画素信号を読み出す対象となる行（以下、注目行と称する）の単位画素１３１において行われる。
【００８８】
ステップＳ４において、注目行の単位画素１３１は、浮遊拡散領域１４５をリセットし、リセットレベルを読み出す。具体的には、リセットトランジスタ１４６のゲート電極にリセットパルスＲＳＴが印加され、浮遊拡散領域１４５がリセットされ、浮遊拡散領域１４５から電荷が排出される。そして、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加される。これにより、電荷が排出された浮遊拡散領域１４５の電圧（以下、リセットレベルＲ１と称する）を示す画素信号が、増幅トランジスタ１４８から垂直信号線１５５に出力される。カラム処理回路１１３は、その画素信号に基づいて、リセットレベルＲ１を読み出す。なお、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加された状態は、ステップＳ１０まで継続される。
【００８９】
ステップＳ５において、注目行の単位画素１３１は、第１信号電荷を浮遊拡散領域１４５に転送し、第２信号電荷を第２ＣＣＤ１４３に転送する。
【００９０】
具体的には、時刻ｔ１５において、ゲート電極１４４Ａに転送パルスＴＲＧが印加され、転送ゲート１４４がオンし、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に蓄積されている信号電荷Ｓ１が浮遊拡散領域１４５に転送される。
【００９１】
時刻ｔ１６において、転送パルスＴＲＧがオフし、転送ゲート１４４がオフする。ここで、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加されているので、信号電荷Ｓ１が蓄積されている浮遊拡散領域１４５の電圧（以下、信号レベルＳ１と称する）を示す画素信号が、増幅トランジスタ１４８から垂直信号線１５５に出力される。
【００９２】
時刻ｔ１７において、ゲート電極１７３Ａに転送パルスＴＲＣ２が印加され、第２ＣＣＤゲート１７３がオンし、第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に蓄積されている信号電荷Ｓ２が、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に転送される。
【００９３】
時刻ｔ１８において、転送パルスＴＲＣ２がオフし、第２ＣＣＤゲート１７３がオフする。
【００９４】
ステップＳ６において、注目行の単位画素１３１は、第１信号電荷を読み出す。すなわち、カラム処理回路１１３は、垂直信号線１５５を介して増幅トランジスタ１４８から供給される画素信号に基づいて、信号レベルＳ１を読み出す。また、カラム処理回路１１３は、信号レベルＳ１とリセットレベルＲ１の差分をとることによりＣＤＳ処理を行い、信号レベルＳ１を補正する。カラム処理回路１１３は、補正した信号レベルＳ１を示す画素信号（以下、画素信号Ｓ１と称する）を出力回路１１４に供給する。
【００９５】
ステップＳ７において、注目行の単位画素１３１は、浮遊拡散領域１４５をリセットし、第１信号電荷を排出し、リセットレベルを読み出す。
【００９６】
具体的には、時刻ｔ１９において、リセットトランジスタ１４６のゲート電極にリセットパルスＲＳＴが印加され、浮遊拡散領域１４５がリセットされ、浮遊拡散領域１４５から信号電荷Ｓ１が排出される。ここで、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加されているので、信号電荷Ｓ１が排出された浮遊拡散領域１４５の電圧（以下、リセットレベルＲ２と称する）を示す画素信号が、増幅トランジスタ１４８から垂直信号線１５５に出力される。カラム処理回路１１３は、その画素信号に基づいて、リセットレベルＲ２を読み出す。
【００９７】
ステップＳ８において、注目行の単位画素１３１は、第２信号電荷を浮遊拡散領域１４５に転送する。
【００９８】
具体的には、時刻ｔ２０において、ゲート電極１４４Ａに転送パルスＴＲＧが印加され、転送ゲート１４４がオンし、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に蓄積されている信号電荷Ｓ２が浮遊拡散領域１４５に転送される。
【００９９】
時刻ｔ２１において、転送パルスＴＲＧがオフし、転送ゲート１４４がオフする。ここで、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加されているので、信号電荷Ｓ２が蓄積されている浮遊拡散領域１４５の電圧（以下、信号レベルＳ２と称する）を示す画素信号が、増幅トランジスタ１４８から垂直信号線１５５に出力される。
【０１００】
ステップＳ９において、注目行の単位画素１３１は、第２信号電荷を読み出す。すなわち、カラム処理回路１１３は、垂直信号線１５５を介して増幅トランジスタ１４８から供給される画素信号に基づいて、信号レベルＳ２を読み出す。また、カラム処理回路１１３は、信号レベルＳ２とリセットレベルＲ２の差分をとることによりＣＤＳ処理を行い、信号レベルＳ２を補正する。カラム処理回路１１３は、補正した信号レベルＳ２を示す画素信号（以下、画素信号Ｓ２と称する）を出力回路１１４に供給する。
【０１０１】
このように、信号電荷Ｓ１，Ｓ２が順に浮遊拡散領域１４５に転送され、信号電荷Ｓ１，Ｓ２に基づく画素信号Ｓ１，Ｓ２が個別に読み出される。
【０１０２】
また、出力回路１１４は、画素信号Ｓ１および画素信号Ｓ２に対して種々の信号処理を行ったり、画素信号Ｓ１および画素信号Ｓ２に基づいて、外部に出力する画素信号（以下、出力信号と称する）を生成する処理を行ったりする。例えば、出力回路１１４は、信号レベルＳ１と信号レベルＳ２を加算したり、信号レベルＳ１と信号レベルＳ２の一方を選択したり、信号レベルＳ１と信号レベルＳ２の平均を取ったりして、出力信号の出力レベルを設定する。なお、信号レベルＳ１と信号レベルＳ２を加算する場合、例えば、以下の式（１）により出力レベルが求められる。
【０１０３】
出力レベル＝信号レベルＳ１＋信号レベルＳ２×（露光時間Ｔ１÷露光時間Ｔ２）
…（１）
【０１０４】
ステップＳ１０において、注目行の単位画素１３１は、浮遊拡散領域１４５をリセットし、第２信号電荷を排出する。
【０１０５】
具体的には、時刻ｔ２２において、リセットトランジスタ１４６のゲート電極にリセットパルスＲＳＴが印加され、浮遊拡散領域１４５がリセットされ、浮遊拡散領域１４５から信号電荷Ｓ２が排出される。また、選択トランジスタ１４７のゲート電極への選択パルスＳＥＬの印加が停止される。
【０１０６】
ステップＳ１１において、制御回路１１５は、全ての画素の信号電荷を読み出したか否かを判定する。まだ、全ての画素の信号電荷を読み出していないと判定された場合、処理はステップＳ４に戻る。その後、ステップＳ１１において、全ての画素の信号電荷を読み出したと判定されるまで、ステップＳ４乃至Ｓ１１の処理が繰返し実行される。これにより、１行ずつ順番に各単位画素１３１の信号電荷Ｓ１，Ｓ２に基づく画素信号Ｓ１，Ｓ２が読み出される。
【０１０７】
一方、ステップＳ１１において、全ての画素の信号電荷が読み出されたと判定された場合、処理はステップＳ１２に進む。
【０１０８】
ステップＳ１２において、制御回路１１５は、次の露光を開始するか否かを判定する。次の露光を開始すると判定された場合、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が実行される。
【０１０９】
一方、ステップＳ１２において、次の露光を開始しないと判定された場合、駆動処理は終了する。
【０１１０】
なお、露光時間Ｔ１と露光時間Ｔ２は、任意の時間に設定することができる。例えば、露光時間Ｔ１と露光時間Ｔ２を異なる時間に設定することにより、固体撮像装置１００のダイナミックレンジを拡大することができる。例えば、露光時間Ｔ２を露光時間Ｔ１より短く設定することにより、露光時間Ｔ１に対応する画素信号Ｓ１は、高感度で、低輝度の被写体を繊細に再現できる信号となり、露光時間Ｔ２に対応する画素信号Ｓ２は、低感度で、高輝度の被写体を飽和せずに再現できる信号となる。すなわち、１フレームにつき高感度の画素信号Ｓ１と低感度の画素信号Ｓ２を得ることができる。その結果、２つの信号を用いて出力信号を生成することにより、ダイナミックレンジの広い画像を生成することができる。
【０１１１】
なお、露光時間Ｔ２を露光時間Ｔ１より長く設定することも可能である。ただし、露光時間Ｔ２を露光時間Ｔ１より短く設定した方が、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に信号電荷Ｓ１を蓄積する時間を短縮することができる。その結果、例えば、反射や回折などでゲート電極１７３Ａの下部に光が入射することにより発生した電荷が、メモリ部１７４に漏れ込み、信号電荷Ｓ１に加算されることによるノイズ量を低減することができる。
【０１１２】
また、画素信号Ｓ１と画素信号Ｓ２を個別に取得することができるので、信号を分離するための不確定性の問題が発生せず、動きのある被写体や手振れに対して、より適切なダイナミックレンジ拡大処理を行うことができる。
【０１１３】
さらに、信号電荷Ｓ１を蓄積する露光期間Ｔ１と、信号電荷Ｓ２を蓄積する露光期間Ｔ２が全画素で同じ期間に設定されるため、動きのある被写体に対して歪みがない画像を得ることができる。
【０１１４】
また、単位画素１３１では、フォトダイオード１４１に蓄積された不要電荷を、特許文献２のように電荷排出部に転送してから排出する代わりに、第１ＣＣＤ１４２および第２ＣＣＤ１４３を介して浮遊拡散領域１４５に転送してから排出する。従って、フォトダイオード１４１から溢れた電荷をＮ型基板１８１に排出する経路については、フォトダイオード１４１に蓄積された電荷を完全転送できるようにする必要がない。すなわち、フォトダイオード１４１から複数の方向に電荷を完全転送できるようにする必要はなく、第１ＣＣＤ１４２の方向にのみ完全転送できるようにすればよい。従って、フォトダイオード１４１の不純物分布の形成が容易になる。また、フォトダイオード１４１の不要電荷を排出するために、専用のトランジスタを設けたり、専用のパルス信号を供給する制御を行ったりする必要がない。
【０１１５】
［単位画素１３１の駆動方法の第２の実施の形態］
次に、図８乃至図１０を参照して、固体撮像装置１００の単位画素１３１の駆動方法の第２の実施の形態について説明する。なお、図８は、単位画素１３１の駆動処理を説明するためのフローチャートである。また、図９は、単位画素１３１の各部のポテンシャル図である。図９のポテンシャル図は、縦方向がポテンシャルを示し、下方向ほど電子にとってのポテンシャルが低く（電位が高く）なる。さらに、図１０は、単位画素１３１の駆動処理を説明するためのタイミングチャートである。図１０の横方向は時間を示し、縦方向は走査方向を示している。
【０１１６】
なお、この第２の実施の形態では、信号電荷を読み出す前に次の露光が開始される単位画素１３１と、信号電荷を読み出した後に次の露光が開始される単位画素１３１の２つに分かれる。図９は、信号電荷を読み出す前に次の露光が開始される単位画素１３１のポテンシャル図を示している。そして、図９の例では、図８のステップＳ５１の処理前の時刻ｔ０において、単位画素１３１のフォトダイオード１４１に不要電荷Ｎ０が蓄積され、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に前のフレームの信号電荷Ｓ０が蓄積され、第１ＣＣＤ１４２および浮遊拡散領域１４５はリセットされ、電荷が排出されているものとする。なお、信号電荷を読み出した後に露光が開始される単位画素１３１の場合、時刻ｔ０において、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に前のフレームの信号電荷Ｓ０が蓄積されていない状態となる。
【０１１７】
また、図９では、図５乃至図７と異なり、電荷が転送される過程の図示を省略しており、その説明も適宜省略する。
【０１１８】
ステップＳ５１において、全画素同時に、フォトダイオード１４１に蓄積されている不要電荷を第１ＣＣＤ１４２に転送し、信号電荷の蓄積を開始する。
【０１１９】
具体的には、時刻ｔ１において、全画素同時に、フォトダイオード１４１に蓄積されている不要電荷Ｎ０が第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に転送され、フォトダイオード１４１において信号電荷Ｓ１の蓄積が開始される。この処理は、図１０の「全画素リセット」に相当する。
【０１２０】
ステップＳ５２乃至Ｓ５５の処理は、全画素リセットの時点で、前のフレームの信号電荷がまだ読み出されていない単位画素１３１の信号電荷の読み出しを行う処理であり、画素ごとあるいは複数の画素単位で実行される。なお、以下、行ごとに実行する例を示す。すなわち、この例では、ステップＳ５２乃至Ｓ５５の処理は、画素信号を読み出す対象となる注目行の単位画素１３１において行われる。
【０１２１】
ステップＳ５２において、注目行の単位画素１３１は、図４のステップＳ４と同様の処理により、浮遊拡散領域１４５をリセットし、リセットレベル（以下、リセットレベルＲ０と称する）を読み出す。なお、このとき、注目行の単位画素１３１の選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加され、その状態がステップＳ５５まで継続される。
【０１２２】
ステップＳ５３において、注目行の単位画素１３１は、前のフレームの信号電荷を浮遊拡散領域１４５に転送する。
【０１２３】
具体的には、時刻ｔ３において、注目行の各単位画素１３１の第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に蓄積されている前のフレームの信号電荷Ｓ０が、浮遊拡散領域１４５に転送される。ここで、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加されているので、信号電荷Ｓ０が蓄積されている浮遊拡散領域１４５の電圧（以下、信号レベルＳ０と称する）を示す画素信号が、増幅トランジスタ１４８から垂直信号線１５５に出力される。
【０１２４】
ステップＳ５４において、注目行の単位画素１３１は、前のフレームの信号電荷を読み出す。すなわち、カラム処理回路１１３は、垂直信号線１５５を介して増幅トランジスタ１４８から供給される画素信号に基づいて、信号レベルＳ０を読み出す。また、カラム処理回路１１３は、信号レベルＳ０とリセットレベルＲ０の差分をとることによりＣＤＳ処理を行い、信号レベルＳ０を補正する。カラム処理回路１１３は、補正した信号レベルＳ０を示す画素信号（以下、画素信号Ｓ０と称する）を出力回路１１４に供給する。また、出力回路１１４は、画素信号Ｓ０に対して種々の信号処理を行ったり、画素信号Ｓ０に基づいて、外部に出力する出力信号を生成する処理を行ったりする。
【０１２５】
ステップＳ５５において、注目行の単位画素１３１は、浮遊拡散領域１４５をリセットし、前のフレームの信号電荷を排出する。
【０１２６】
具体的には、時刻ｔ４において、リセットトランジスタ１４６のゲート電極にリセットパルスＲＳＴが印加され、浮遊拡散領域１４５がリセットされ、浮遊拡散領域１４５から信号電荷Ｓ０が排出される。また、選択トランジスタ１４７のゲート電極への選択パルスＳＥＬの印加が停止される。
【０１２７】
ステップＳ５６において、制御回路１１５は、前のフレームの信号電荷を全て読み出したか否かを判定する。前のフレームの信号電荷をまだ全て読み出していないと判定された場合、処理はステップＳ５２に戻る。その後、ステップＳ５６において、前のフレームの信号電荷を全て読み出したと判定されるまで、ステップＳ５２乃至Ｓ５６の処理が繰返し実行される。これにより、前のフレームの信号電荷Ｓ０がまだ読み出されていない行について、１行ずつ順番に各単位画素１３１の信号電荷Ｓ０に基づく画素信号Ｓ０が読み出される。
【０１２８】
一方、ステップＳ５６において、前のフレームの信号電荷を全て読み出したと判定された場合、処理はステップＳ５７に進む。
【０１２９】
ステップＳ５７において、制御回路１１５は、露光時間が経過したか否かを判定する。具体的には、例えば、制御回路１１５は、時刻ｔ１から所定の露光時間Ｔが経過したか否かの判定処理を所定の間隔で繰返し、時刻ｔ１から所定の露光時間Ｔが経過したと判定した場合、処理はステップＳ５８に進む。
【０１３０】
ステップＳ５８において、全画素同時に、不要電荷を浮遊拡散領域１４５に転送し、現在のフレームの信号電荷を第２ＣＣＤ１４３に転送する。
【０１３１】
具体的には、時刻ｔ１から所定の露光時間Ｔが経過した時刻ｔ５において、第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２に蓄積されている不要電荷Ｎ０が浮遊拡散領域１４５に転送される。また、フォトダイオード１４１に蓄積されている現在のフレームの信号電荷Ｓ１が第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に転送される。従って、時刻ｔ１から時刻ｔ５までが、信号電荷Ｓ１を蓄積するための露光期間（以下、露光期間Ｔと称する）となる。なお、この処理は、図１０の「全画素同時にＣＣＤへ電荷転送」に相当する。
【０１３２】
ステップＳ５９乃至Ｓ６２の処理は、現在のフレームの信号電荷の読み出しを行う処理であり、画素ごとあるいは複数の画素単位で実行される。なお、以下、行ごとに実行する例を示す。すなわち、この例では、ステップＳ５９乃至Ｓ６２の処理は、画素信号を読み出す対象となる注目行の単位画素１３１において行われる。
【０１３３】
ステップＳ５９において、注目行の単位画素１３１は、図４のステップＳ４と同様の処理により、浮遊拡散領域１４５をリセットし、リセットレベル（以下、リセットレベルＲ１と称する）を読み出す。このとき、浮遊拡散領域１４５から不要電荷Ｎ０が排出される。また、このとき、注目行の単位画素１３１の選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加され、その状態がステップＳ６２まで継続される。
【０１３４】
ステップＳ６０において、注目行の単位画素１３１は、ステップＳ５３と同様の処理により、現在のフレームの信号電荷Ｓ１を、第２ＣＣＤ１４２のメモリ部１７４から浮遊拡散領域１４５に転送する。ここで、選択トランジスタ１４７のゲート電極に選択パルスＳＥＬが印加されているので、信号電荷Ｓ１が蓄積されている浮遊拡散領域１４５の電圧（以下、信号レベルＳ１と称する）を示す画素信号が、増幅トランジスタ１４８から垂直信号線１５５に出力される。
【０１３５】
ステップＳ６１において、注目行の単位画素１３１は、現在のフレームの信号電荷を読み出す。すなわち、カラム処理回路１１３は、垂直信号線１５５を介して増幅トランジスタ１４８から供給される画素信号に基づいて、信号レベルＳ１を読み出す。また、カラム処理回路１１３は、信号レベルＳ１とリセットレベルＲ１の差分をとることによりＣＤＳ処理を行い、信号レベルＳ１を補正する。カラム処理回路１１３は、補正した信号レベルＳ１を示す画素信号（以下、画素信号Ｓ１と称する）を出力回路１１４に供給する。また、出力回路１１４は、画素信号Ｓ１に対して種々の信号処理を行ったり、画素信号Ｓ１に基づいて、外部に出力する出力信号を生成する処理を行ったりする。
【０１３６】
ステップＳ６２において、注目行の単位画素１３１は、ステップＳ５５と同様の処理により、浮遊拡散領域１４５をリセットし、現在のフレームの信号電荷Ｓ１を排出し、選択トランジスタ１４７のゲート電極への選択パルスＳＥＬの印加を停止する。
【０１３７】
ステップＳ６３において、制御回路１１５は、次の露光を開始するタイミングであるか否かを判定する。まだ次の露光を開始するタイミングでないと判定された場合、処理はステップＳ５９に戻る。その後、ステップＳ６３において、次の露光を開始するタイミングであると判定されるまで、ステップＳ５９乃至Ｓ６３の処理が繰返し実行される。これにより、１行ずつ順番に各単位画素１３１の信号電荷Ｓ１に基づく画素信号が読み出される。
【０１３８】
一方、ステップＳ６３において、次のフレームの露光を開始するタイミングであると判定された場合、処理はステップＳ５１に戻り、ステップＳ５１以降の処理が実行される。すなわち、読み出し処理の実行中に、次のフレームの露光が開始され、次のフレームの信号電荷を蓄積する処理が開始される。
【０１３９】
以上のようにして、第１ＣＣＤ１４２と第２ＣＣＤ１４３の２つのＣＣＤを設けることにより、図１０に示されるように、信号電荷を１行ずつ読み出す処理と並行して、全画素同時にフォトダイオード１４１をリセットし、次のフレームの露光を開始することができる。また、全画素の露光期間を合わせることができる。すなわち、グローバルシャッタと１フレーム内の任意の露光時間を両立させた動画撮影が可能になる。
【０１４０】
また、図１０に示されるように、フォトダイオード１４１に蓄積された信号電荷が第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４に転送されてから、すぐに信号電荷の読み出しが行われる。これにより、メモリ部１７４に信号電荷を蓄積する時間を短縮することができる。その結果、例えば、反射や回折などでゲート電極１７３Ａの下部に光が入射することにより発生した電荷が、メモリ部１７４に漏れ込み、信号電荷Ｓ１に加算されることによるノイズ量を低減することができる。一方、特許文献２に記載の発明では、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を転送した後、不要電荷を電荷排出部に排出してから、信号電荷の読み出しが行われるため、メモリ部に信号電荷を蓄積する時間が長くなる。
【０１４１】
また、単位画素１３１の駆動方法の第１の実施の形態と同様に、不要信号を、第１ＣＣＤ１４２および第２ＣＣＤ１４３を介して浮遊拡散領域１４５に転送してから排出するので、フォトダイオード１４１の不純物分布の形成が容易になる。また、フォトダイオード１４１の不要電荷を排出するために、専用のトランジスタを設けたり、専用のパルス信号を供給する制御を行ったりする必要がない。
【０１４２】
なお、全画素リセットを行って露光を開始するタイミングは、１行分の走査期間を単位として、１フレームの任意の位置に調整可能であり、例えば、被写体の輝度等に応じて露光時間を調整することが可能である。
【０１４３】
＜２．変形例＞
なお、以上の説明では、ＣＣＤを２段設ける例を示したが、３段以上設けるようにしてもよい。例えば、ＣＣＤを３段設けて、露光時間が異なる３つの信号電荷を各ＣＣＤに蓄積するようにすることにより、高感度、中程度の感度、低感度の画素信号を得ることができ、さらにダイナミックレンジを拡大することができる。なお、この場合、３つの連続する露光期間において、後の露光期間ほど時間が短くするのが望ましい。
【０１４４】
また、例えば、ＣＣＤを３段設けることにより、単位画素１３１の駆動方法の第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせることが可能である。具体的には、例えば、１フレーム期間を３つの期間に分割して露光を行い、不要電荷、露光時間が長い高感度の信号電荷、露光時間が短い低感度の信号電荷を各ＣＣＤに蓄積することができる。これにより、グローバルシャッタと１フレーム内の任意の露光時間を両立させた動画撮影を行うとともに、ダイナミックレンジの拡大も可能になる。
【０１４５】
さらに、以上の説明では、フォトダイオード１４１から溢れた電荷をＮ型基板１８１に排出する例を示したが、フォトダイオード１４１の横に電荷排出部を設けて、電荷排出部に排出するようにしたり、その排出量を制御したりするようにしてもよい。ただし、上述したように、フォトダイオード１４１に蓄積された電荷を電荷排出部に完全転送できるようにする必要はない。
【０１４６】
また、以上の説明では、各ＣＣＤのゲート電極を１枚で構成する例を示したが、転送ゲート用とメモリ部用で２枚に分けて設けるようにしてもよい。
【０１４７】
さらに、本実施の形態での全画素とは、画像に現れる部分の画素の全てということであり、ダミー画素などは除外される。また、時間差や画像の歪みが問題にならない程度に十分小さければ、全画素同時の動作の代わりに複数行（例えば、数十行）ずつなどで高速に走査するもの等も含まれる。さらに、本発明の実施の形態においては、画像に現れる全画素に限らず、所定の複数行に対してグローバルシャッタ動作を適用するようにすることも可能である。
【０１４８】
また、以上の説明では、図４のステップＳ１において、フォトダイオード１４１に蓄積されている不要電荷Ｎ０を、浮遊拡散領域１４５まで転送してすぐに排出する例を示したが、必ずしもすぐに排出しなくてもよい。すなわち、信号電荷Ｓ１の転送および蓄積の邪魔にならない範囲で、不要電荷Ｎ０を、第１ＣＣＤ１４２のメモリ部１７２、第２ＣＣＤ１４３のメモリ部１７４、または、浮遊拡散領域１４５にしばらく蓄積してから排出するようにすることが可能である。
【０１４９】
さらに、以上の説明では、図８のステップＳ５９において、リセットレベルＲ１を読み出すときに不要電荷Ｎ０を浮遊拡散領域１４５から排出する例を示したが、事前に排出しておくようにすることも可能である。より具体的には、時刻ｔ４において信号電荷Ｓ０が浮遊拡散領域１４５から排出されてから、リセットレベルＲ１を読み出す前までの任意のタイミングで、事前に不要電荷Ｎ０を排出しておくようにすることも可能である。
【０１５０】
また、以上に示した単位画素１３１におけるデバイス構造の導電型は一例に過ぎず、Ｎ型、Ｐ型が逆でも構わない。
【０１５１】
さらに、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではない。即ち、本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像装置は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１５２】
［本発明を適用した電子機器の構成例］
図１１は、本発明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。
【０１５３】
図１１の撮像装置３００は、レンズ群などからなる光学部３０１、上述した単位画素１３１の各構成が採用される固体撮像素子（撮像デバイス）３０２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ(Digital Signal Processor)回路３０３を備える。また、撮像装置３００は、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、電源部３０８、およびＣＰＵ３０９も備える。ＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、電源部３０８、およびＣＰＵ３０９は、バスライン３１０を介して相互に接続されている。
【０１５４】
光学部３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子３０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子３０２は、光学部３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像素子３０２として、上述した実施の形態に係る固体撮像装置１００等の固体撮像素子、即ちグローバル露光によって歪みのない撮像を実現できる固体撮像素子を用いることができる。
【０１５５】
表示部３０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(electro luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部３０６は、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【０１５６】
操作部３０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置３００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部３０８は、ＤＳＰ回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６および操作部３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。ＣＰＵ３０９は、撮像装置３００全体の動作を制御する。
【０１５７】
上述したように、固体撮像素子３０２として、上述した実施の形態に係る固体撮像装置１００を用いることで、高いＳ／Ｎを確保するとともに、露光期間の面内の同時性を確保しながらダイナミックレンジを拡大することができ、または、高いＳ／Ｎを確保するとともに、面内の同時性と1フレーム内の任意の露光時間を両立させた動画を得ることができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置３００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
【０１５８】
また、上述した実施形態においては、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はＣＭＯＳイメージセンサへの適用に限られるものではなく、画素アレイ部の画素列ごとにカラム処理部を配置してなるカラム方式の固体撮像素子全般に対して適用可能である。
【０１５９】
また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を電気信号に変え時間積分して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０１６０】
なお、本明細書において、フローチャートに記述されたステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる場合はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで実行されてもよい。
【０１６１】
本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１６２】
１００  固体撮像装置，  １１１  画素部，  １１２  垂直駆動回路，  １１３  カラム処理回路，  １１４  出力回路，  １１５  制御回路，  １３１  単位画素，  １４１  フォトダイオード，  １４２  第１ＣＣＤ，  １４３  第２ＣＣＤ，  １４４  転送ゲート，  １４４Ａ  ゲート電極，  １４５  浮遊拡散領域，  １４６  リセットトランジスタ，  １４７  選択トランジスタ，  １４８  増幅トランジスタ，  １７１  第１ＣＣＤゲート，  １７１Ａ  ゲート電極，  １７２  メモリ部，  １７３  第２ＣＣＤゲート，  １７３Ａ  ゲート電極，  １７４  メモリ部，  ３００  撮像装置，  ３０２  固体撮像素子
【図１】
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【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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