(57)【要約】【課題】漏れ光によるノイズを低減した、全画素の蓄積期間が同時刻となるグローバル電子シャッタ機能を実現する。【解決手段】単位画素に複数の受光素子と複数の電荷保持部とフローティングディフュージョン部を有する撮像素子は、第１と第２の受光素子からの信号を第１と第２の電荷保持部に転送して第１と第２の電荷保持部から信号を読み出す第１の駆動読み出モードと、第１または第２の受光素子からの信号の一方のみを第１または第２の電荷保持部の一方に転送して第１と第２の電荷保持部の信号を読み出す第２の駆動読み出モードとを有する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学像を形成する光学系の瞳分割手段を有する単位画素に２次元配列を有し、各単位画素が、前記光学像を光電変換する少なくとも第１の受光素子および第２の受光素子と、光電変換により各受光素子に蓄積された信号を転送して保持する少なくとも第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段と、各電荷保持手段に保持された信号を単位画素から読み出すためのフローティングディフュージョン部を含む撮像素子の駆動方法において、
前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号を前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に転送して、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された信号を前記フローティングディフュージョン部から読み出す第１の読み出しモードで前記単位画素を駆動する第１の駆動ステップと、
前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号のみを対応する電荷保持手段に転送して、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持されている信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第２の読み出しモードで前記単位画素を駆動する第２の駆動ステップと、
を備えることを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記第１の駆動ステップは、前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号を、各対応する電荷保持手段に転送して保持する第１の保持ステップと、前記第１の保持ステップで第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された信号のいずれか一方の信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第１の読み出しステップと、前記第１の読み出しステップの後で、前記第１の保持ステップで前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された他の信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して前記第１の読み出しステップで読み出された信号との加算信号として読み出し第２の読み出しステップとを有し、
前記第２の駆動ステップは、前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号を、対応する電荷保持手段に転送して保持する第２の保持ステップと、前記第２の保持ステップで蓄積信号が保持されなかった受光素子に対応する電荷保持手段に保持されている信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第３の読み出しステップと、前記第３の読み出しステップの後で、前記第２の保持ステップで電荷保持手段に保持された信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して、前記第３の読み出しステップで読み出された信号との加算信号として読み出す第４の読み出しステップとを有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記第１の駆動ステップは、さらに、前記第１の保持ステップの前に、前記フローティングディフュージョン部のリセットノイズを読み出すノイズ読み出しステップと、前記第２の読み出しステップで読み出された加算信号と前記ノイズ読み出しステップで読み出されたリセットノイズとの差分を出力する第１の出力ステップと、前記第１の読み出しステップで読み出された信号と前記ノイズ読み出しステップで読み出されたリセットノイズとの差分を出力する第２の出力ステップを有することを特徴とする請求項２に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
前記第２の駆動ステップは、前記第３の読み出しステップで読み出された信号と、前記第４の読み出しステップで読み出された信号とを出力する第３の出力ステップを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
第１の駆動ステップは、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された各信号の前記フローティングディフュージョン部からの読み出しを並列に行ない、前記第２の駆動ステップは、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された各信号の前記フローティングディフュージョン部からの読み出しを並列に行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
第１の駆動ステップは、前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号の前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段への転送を、前記２次元配列を構成する各単位画素に対して同時に行い、前記第２の駆動ステップは、前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号の前記対応する電荷保持手段への転送を、前記２次元配列を構成する各単位画素に対して同時に行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
被写体の光学像を形成する光学系の瞳分割手段を有する単位画素に２次元配列を有し、各単位画素が、前記光学像を光電変換する少なくとも第１の受光素子および第２の受光素子と、光電変換により各受光素子に蓄積された信号を転送して保持する少なくとも第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段と、各電荷保持手段に保持された信号を単位画素から読み出すためのフローティングディフュージョン部を含む撮像素子において、
前記単位画素から各受光素子の蓄積信号を読み出すために画素を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段で駆動された単位画素から読み出された信号を出力する出力手段と
を備え、
前記駆動手段は、前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号を前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に転送して、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された信号を前記フローティングディフュージョン部から読み出す第１の読み出しモードで前記単位画素を駆動する第１の駆動モードと、前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号のみを対応する電荷保持手段に転送して、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持されている信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第２の読み出しモードで前記単位画素を駆動する第２の駆動モードを有することを特徴とする撮像素子。
【請求項８】
前記駆動手段は、前記第１の駆動モードにおいて、前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号を、各対応する電荷保持手段に転送して保持する第１の保持駆動パルスと、前記第１の保持駆動パルスで前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された信号のいずれか一方の信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第１の読み出し駆動パルスと、前記第１の読み出し駆動パルスの後で、前記第１の保持駆動パルスにより前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された他の信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して、前記第１の読み出し駆動パルスで読み出された信号との加算信号として読み出す第２の読み出し駆動パルスを生成し、
前記第２の駆動モードにおいては、前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号を、対応する電荷保持手段に転送して保持する第２の保持駆動パルスと、前記第２の保持駆動パルスで蓄積信号が保持されなかった受光素子に対応する電荷保持手段に保持されている信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第３の読み出し駆動パルスと、前記第３の読み出し駆動パルスの後で、前記第２の保持駆動パルスで電荷保持手段に保持された信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して、前記第３の読み出し駆動パルスで読み出された信号との加算信号として読み出す第４の読み出し駆動パルスと生成することを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
【請求項９】
前記駆動手段は、さらに、前記第１の保持駆動パルスの前に、前記フローティングディフュージョン部のリセットノイズを読み出すノイズ読み出し駆動パルスと、前記第２の読み出し駆動パルスで読み出された加算信号と前記ノイズ読み出し駆動パルスで読み出されたリセットノイズとの差分を前記出力手段から出力するための第１の出力駆動パルスと、前記第１の読み出し駆動パルスで読み出された信号と前記ノイズ読み出し駆動パルスで読み出されたリセットノイズとの差分を前記出力手段から出力するための第２の出力駆動パルスを生成することを特徴とする請求項８に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記駆動手段は、前記第３の読み出し駆動パルスで読み出された信号と、前記第４の読み出し駆動パルスで読み出された信号とを前記出力手段から出力するための第３の出力駆動パルスを生成することを特徴とする請求項８又は９に記載の撮像素子。
【請求項１１】
前記出力手段は、少なくとも第１の信号保持手段、第２の信号保持手段および第３の信号保持手段を有し、前記第１の信号保持手段は、前記ノイズ読み出し駆動パルスで読み出された前記リセットノイズを保持し、前記第２の信号保持手段は、前記第１の読み出し駆動パルスで読み出された前記一方の信号又は前記第３の読み出し駆動パルスで読み出された信号を保持し、前記第３の信号保持手段は、前記第２の読み出し駆動パルスで読み出された前記加算信号又は前記第４の読み出し駆動パルスで読み出された前記加算信号を保持することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項１２】
前記フローティングディフュージョン部は、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に共通に設けられていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項１３】
前記フローティングディフュージョン部は、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段にそれぞれ対応する、互いに独立した第１のフローティングディフュージョン部および第２のフローティングディフュージョン部を有し、前記駆動手段は、前記第１および第２の駆動モードにおいて、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された信号の各フローティングディフュージョン部からの読み出しを並列に行なうための駆動パルスを生成することを特徴とする請求項７に記載の撮像素子。
【請求項１４】
前記駆動手段は、前記第１の駆動モードにおいて、前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号の前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段への転送を、前記２次元配列を構成する各単位画素に対して同時に行うように前記第１の保持駆動パルスを生成し、前記第２の駆動モードにおいて、前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号の前記対応する電荷保持手段への転送を、前記２次元配列を構成する各単位画素に対して同時に行うように前記第２の保持駆動パルスを生成することを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項１５】
被写体の光学像を形成する光学系と、
請求項７乃至１４のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子から出力された信号に基づいて前記光学系の焦点検出を行う焦点検出手段と、
撮影条件に従って前記撮像素子の駆動を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記焦点検出手段が前記光学系の焦点検出を行うときは、前記撮像素子の駆動モードを前記第１の駆動モードに設定し、前記光学系による形成された前記被写体の光学像が高輝度被写体を含むかどうかを前記撮像素子から出力された信号に基づいて判定し、前記被写体が高輝度被写体を含むときは、前記撮像素子の駆動モードを、前記第２の駆動モードに設定することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像装置は、動画撮影モードと静止画撮影モードを有し、前記制御手段は、前記撮像装置の撮影モードが前記動画撮影モードか静止画撮影モードであるかを判定し、前記動画撮影モードであるときは、前記撮像素子の駆動モードを前記第２の駆動モードに設定し、前記静止画撮影モードであるときは、前記撮像素子の駆動モードを前記第２の駆動モードに設定することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記撮像素子から出力された信号を処理する信号処理手段をさらに備え、
前記信号処理手段は、前記撮像素子の駆動モードが前記第１の駆動モードである時は、前記第１の出力駆動パルスで前記出力手段から出力された信号に基づいて前記被写体の撮像信号を生成し、前記第２の駆動モードである時は、前記第３の出力駆動パルスで読み出された信号に基づいて前記被写体の撮像信号を生成することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記信号処理手段が前記第２の駆動モードにおいて生成した撮像信号の出力レベルを、前記第２の駆動モードにおいて前記信号処理手段が生成した撮像信号の出力レベルと同等のレベルにゲイン補正するゲイン補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
被写体の光学像を形成する光学系の瞳分割手段を有する単位画素に２次元配列を有し、各単位画素が、前記光学像を光電変換する少なくとも第１の受光素子および第２の受光素子と、光電変換により各受光素子に蓄積された信号を転送して保持する少なくとも第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段と、各電荷保持手段に保持された信号を単位画素から読み出すためのフローティングディフュージョン部を含む撮像素子を制御するプログラムであり、
コンピュータを、
前記単位画素から各受光素子の蓄積信号を読み出すために画素を駆動する駆動手段、
前記駆動手段で駆動された単位画素から読み出された信号を出力する出力手段、
として機能させるプログラムであり、
前記プログラムは、前記第１の受光素子および第２の受光素子の蓄積信号を前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に転送することで、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持された信号を前記フローティングディフュージョン部から読み出す第１の読み出しモードで前記単位画素を駆動する第１の駆動モードと、前記第１の受光素子および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号を対応する電荷保持手段に転送することで、前記第１の電荷保持手段および第２の電荷保持手段に保持されている信号を、前記フローティングディフュージョン部を介して読み出す第２の読み出しモードで前記単位画素を駆動する第２の駆動モードを前記駆動手段の機能として実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項２１】
請求項２０のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子およびその駆動方法に関し、特に、単位画素が複数の受光素子と電荷保持部から構成され、グローバル電子シャッタ制御が可能な撮像素子およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置には、光学系により結像された光学像を撮像する撮像素子として、ＣＭＯＳ型撮像素子が使用されている。ＣＭＯＳ型撮像素子においては、ローリングシャッタと呼ばれる電子シャッタ機能が実現されているが、異なる行の画素の蓄積期間の開始と終了時刻の違いにより撮影された動画像が歪むことが知られている。この問題を解決するために、画素部に電荷保持部を配置することで、全画素の蓄積期間が同時刻となるグローバル電子シャッタと呼ばれる電子シャッタ機能をＣＭＯＳ型撮像素子で実現する構成が提案されている（特許文献１、２）。
【０００３】
また、１つの画素の中に分割された(例えば２つの)受光素子（フォトダイオード）を配置して１つのマイクロレンズで集光される光学像を撮像することで、位相差方式の焦点検出を行う技術がある。分割された各々のフォトダイオードは撮像レンズの異なる瞳面の光を受光するように構成され、２つのフォトダイオードの出力を比較することによって、撮像レンズの焦点を調節している（特許文献３）。また、そのような撮像素子を用いて、焦点検出だけではなく、出力される画像の生成に使用する技術も考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１１５９０号公報
【特許文献２】特開２００９−４９８７０号公報
【特許文献３】特開２００１−０８３４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、全画素の蓄積期間の開始と終了の時刻が同じとなる信号が電荷保持部に保持され、行順次に垂直信号線へ出力される。通常、電荷保持部は遮光部材によって光が入射し難い構成となっているが、光の入射を完全に遮ることは困難で、漏れた光が電荷保持部へ入射する場合がある。そして、電荷保持部がこの漏れ光を受光すると、電荷保持部内部で電荷の発生が起きる。この電荷は、蓄積期間に受光素子（光電変換部）で生成して蓄積された信号電荷とってはノイズ電荷となる。このノイズ電荷は、漏れ光が電荷保持部に入射している時間や、光の強さによって異なり、画像のシェーディングや残像等として出力画像に現れるため、画質の低下の原因となり好ましくない。
【０００６】
特許文献２では、読み出し行に対し、その読み出し行毎に隣接した間引きリセット行を設けて、読み出し行の信号から隣接した間引き行の信号を減算することでグローバル電子シャッタとみなされる出力信号を得ている。この構成によれば、前記ノイズ電荷の影響を排除できる。
【０００７】
しかしながら、この特許文献２に開示された従来技術では、隣接した複数(２つの)画素の信号から出力画像の１画素の信号を生成しているため、撮像素子に設けられた画素数に対して、出力画像の画素数が半減してしまう。従って、出力画像に要求される所望の画素数に対して、その倍の画素数の撮像素子が必要となり、コストおよび画素の使用効率の点で問題がある。
【０００８】
このような課題に鑑み、本発明の目的は、単位画素が複数の受光素子と電荷保持部で構成される撮像素子において、漏れ光によるノイズを低減し、全画素の蓄積期間が同時刻となる電子シャッタ機能を用いて全画素よりなる画像を出力可能な撮像素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によれば、被写体の光学像を形成する光学系の瞳分割手段を有する単位画素に２次元配列を有し、各単位画素が、光学像を光電変換する少なくとも第１および第２の受光素子と、光電変換により各受光素子に蓄積された信号を転送して保持する少なくとも第１および第２の電荷保持手段と、各電荷保持手段に保持された信号を単位画素から読み出すためのフローティングディフュージョン部を含む撮像素子の駆動方法は、第１および第２の受光素子の蓄積信号を第１および第２の電荷保持手段に転送することで、第１および第２の電荷保持手段に保持された信号を前記フローティングディフュージョン部から読み出す第１の読み出しモードで単位画素を駆動する第１の駆動ステップと、第１および第２の受光素子のいずれか一方の蓄積信号を対応する電荷保持手段に転送することで、第１および第２の電荷保持手段に保持されている信号を、フローティングディフュージョン部を介して読み出す第２の読み出しモードで単位画素を駆動する第２の駆動ステップとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単位画素が複数の画素と電荷保持部で構成された撮像素子において、漏れ光によるノイズを低減した全画素を出力可能な、全画素の蓄積期間が同時刻となるグローバル電子シャッタ機能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の単位画素における分割された光電変換素子と光学系の瞳分割との関係の概念図。
【図２】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の単位画素の構成を示す図。
【図３】本発明の第１の実施例に係る撮像素子のグローバル電子シャッタ機能を可能にする単位画素の構成を示す図。
【図４】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の全体構成の概念図。
【図５】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の画素部および読み出し部の回路構成図。
【図６】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す図。
【図７】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す図。
【図８】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す図。
【図９】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の駆動動作のタイミングチャートを示す図。
【図１０】本発明の第１の実施例に係る撮像素子の単位画素内の信号転送の概略図。
【図１１】本発明の第１の実施例の変形例に係る撮像装置の単位画素の構成を示す図。
【図１２】本発明の第２の実施例に係る撮像装置のブロック図。
【図１３】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の撮影動作のフローチャートを示す図。
【図１４】本発明の第２の実施例の変形例に係る撮像装置の撮影動作のフローチャートを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［実施例１］
図１は、本発明の第１の実施例に係る撮像素子の単位画素における分割された光電変換素子（受光素子）と光学系の瞳分割との関係の概念図である。瞳分割手段であるマイクロレンズが単位画素に対して配置されていて、当該マイクロレンズで集光された被写体の光学像（瞳分割像）を分割された受光素子（フォトダイオード）で撮像する構成となっている。分割された各受光素子から得られる撮像信号（Ａ像とＢ像）は、位相差方式の焦点検出に用いられるとともに、画像を生成にも使用可能な信号である。
【００１４】
同図において、５１は撮影レンズの射出瞳、５２は単位画素の第１の受光素子と第２の受光素子の直上に配置されたマイクロレンズ、１０１はＡ像用受光素子、１０２はＢ像用受光素子である。受光素子１０１は、撮影レンズ射出瞳５１のＡ像用瞳５５で示される光束を受光し、受光素子１０２は、Ｂ像用瞳５６で示される光束を受光する。このような構成の単位画素のＡ像用受光素子１０１からの出力とＢ像用受光素子１０２からの出力は、Ａ像用瞳とＢ像用瞳の重心間距離Ｌの視差を持って出力される。
【００１５】
このＡ像用受光素子１０１からの出力とＢ像用受光素子１０２からの出力のずれ量を求めることにより、位相差方式の焦点検出が可能である。また、一つのマイクロレンズに対応した単位画素内のＡ像信号とＢ像信号を加算出力することで、Ａ像用受光素子１０１とＢ像用受光素子１０２を一つの受光素子として被写体を撮影した場合の通常の撮像画像を生成することも可能である。
【００１６】
更に、Ａ像用受光素子１０１からの出力信号のみ、またはＢ像用受光素子１０２からの出力信号のみから撮像画像を生成することも可能である。この場合、通常の撮像画像に対して重心間距離Ｌに比例した視差を持った撮像画像が生成されるが、１つの画像のみを鑑賞する場合、通常撮像画像との差はほとんどの場合無視できる。更にこの場合、出力信号（蓄積電荷量）が通常撮像画像に対して約１／２の出力になるので、出力をそろえる補正は必要である。
【００１７】
図２は、図１の分割受光素子を有する単位画素を撮影レンズの光軸方向から見たときの概略構成を示す図である。隣接して配置されたＡ像用受光素子１０１およびＢ像用受光素子１０２と、単位画素の直上に配置されたマイクロレンズ５２から単位画素２０１は構成されている。図３は、グローバル電子シャッタ可能な、本実施例に係る撮像素子の単位画素の構成をさらに詳細に示す図である。なお、図２および３において、図１と同様の部分は同じ符号を付して示す。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、本実施例に係る撮像素子の単位画素では、Ａ像用受光素子１０１に隣接して電荷保持部ＭＥＭ＿ａ１０５（第１の電荷保持手段）が、Ｂ像用受光素子１０２に隣接して電荷保持部ＭＥＭ＿ｂ１０６（第２の電荷保持手段）が配置されている。破線で示すゲート電極に電圧を印加することで、受光素子からの信号電荷を電荷保持部ＭＥＭに夫々転送可能である。更に、電荷保持部ＭＥＭ＿ａ３０５と電荷保持部ＭＥＭ＿ｂ３０６に隣接して１つのフローティングデフュージョン部（以下ＦＤ）３０７が配置されている。破線で示すゲート電極に電圧を印加することで、各電荷保持部の信号電荷を共有されるＦＤ３０７に夫々転送可能である。また、ＦＤ３０７に転送された電荷は、ＭＯＳトランジスタ３０８などから構成されるソースフォロアアンプを介して後段の回路に出力される。
【００１９】
図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面での構成を示す断面図であり、３１１は遮光部材、３１２は素子分離領域である。また同図では、撮影レンズからの光が、受光素子（ＰＤ）に入射するとともに、電荷保持部ＭＥＭにも漏れこむ様子を示している。つまり、図３（ａ）、（ｂ）の構成により、受光素子ＰＤで光電変換された電荷を全画素一括で電荷保持部ＭＥＭに転送し、その後、電荷保持部ＭＥＭの信号を行単位でＦＤに転送して読みでだすというグローバル電子シャッタ動作を行うことが可能である。しかし、前述の電荷保持部ＭＥＭへの光漏れが画像のノイズとして現れるため、その影響が無視できない。
【００２０】
図４は、本実施例に係る撮像素子４００の全体構成の概念図である。図５は、本実施例に係る撮像素子４００における、画素部４０１の単位画素および読み出し部４０３の回路構成を示す図である。なお、図５では１つの単位画素のみ示したが、実際の撮像素子では、このような単位画素が２次元に複数配されて画素部４０１を構成している。また、出力回路も１列分だけを示したが、実際はこのような出力回路が単位画素の各列に対応して複数配置することで出力部が構成されている。図５において、図１乃至３と同様の部分は、同じ符号を付して示す。
【００２１】
図４に示すように、撮像素子４００は、画素部４０１、垂直走査手段４０２、読み出し部４０３、水平走査手段４０４、読み出しアンプ４５０を有する構成である。画素部４０１の各単位画素は、複数の単位画素が行列状に配置されており(２次元配列)、光学系により結像された光学像を対応したマイクロレンズを介して受光する。垂直走査手段４０２は、画素部４０１の行を順に選択し、水平走査手段４０４は、画素部４０１の各列を順に選択することによって、各列の単位画素が順に選択する。読み出し部４０３は、垂直走査手段４０２および水平走査手段４０４によって選択される単位画素の信号を読み出す。なお、撮像素子４００は、制御プログラムに従って、上記の各回路にタイミング信号を提供するタイミングジェネレータ等を備えても良い。
【００２２】
図５において、Ａ像用受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１で光電変換により蓄積された電荷は、転送トランジスタ（ｔｘ１＿a）５０３を介して隣接する電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）３０５に転送され保持される。次いで、転送トランジスタ（ｔｘ２＿ａ）５０７を介して隣接する共通のＦＤ３０７へと転送される。Ｂ像用受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２で光電変換された電荷は、転送トランジスタ（ｔｘ１＿ｂ）５０４を介して隣接する電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）３０６に転送される。次いで、転送トランジスタ（ｔｘ２＿ｂ）５０８を介して隣接する共通のＦＤ３０７へと転送される。
【００２３】
リセットトランジスタ（ｔｒｅｓ）５０９は、画素共通の電源ＳＶＤＤと各ＦＤとの間に配置され、オンすることで前記ＦＤや電荷保持部ＭＥＭ、光電変換素子ＰＤなどを電源ＳＶＤＤにリセットする。またＦＤにゲートが接続されたトランジスタ３０８はドレインが電源ＳＶＤＤに接続され、後述する定電流源とともにソースフォロアアンプ（ｔｓｆ）として動作する。ＦＤ３０７に転送された信号電荷は、行選択トランジスタ（ｔｓｅｌ）５１１を介して垂直出力線５１３に出力される。前記１０１、１０２、３０５−３０８、５０３、５０４、５０７−５０９、５１１で１つの単位画素２０１を構成している。
【００２４】
尚、各転送トランジスタは、垂直走査手段から出力されるｐｔｘ１＿ａ、ｐｔｘ２＿ａ、ｐｔｘ１＿ｂ、ｐｔｘ２＿ｂパルスにより、リセットトランジスタはｐｓｅｌパルスにより、行選択トランジスタはｐｓｅｌパルスによりそれぞれ行単位で駆動される。
【００２５】
各列に配置される垂直出力線５１３は、定電流源５２１に接続されるとともに、後段の列出力回路に接続される。列出力回路の前段には、−ｃ０／ｃｆの反転増幅回路が構成されている。この増幅回路は、アンプ５２３と、アンプ５２３のマイナス入力と垂直出力線５１３に接続された容量（ｃ０）５２２、アンプ５２３のマイナス入力と出力間に接続された容量（ｃｆ）５２４、アンプ５２３のプラス入力に接続された電源（Ｖｃ０）で構成されている。各容量のリセットを行うトランジスタ５２５は、ｐｃ０ｒパルスにより駆動される。
【００２６】
アンプ５２３の出力は、ｐｔｎ１、ｐｔａ１、ｐｔａｂ１パルスで駆動されるトランジスタ５３１、５３２、５３３を介して、容量（ｃｔｎ１）５３４、（ｃｔａ１）５３５、（ｃｔａｂ１）５３６のいずれかに保持される。また、容量５３４、５３５、５３６(第１の信号保持、第２の信号保持、第３の信号保持手段)の出力はアンプ５３７、５３８、５３９のプラス入力に接続されている。アンプ５３７、５３８、５３９はボルテージフォロアアンプとして動作し、各アンプの出力はｐｔｎ２、ｐｔａ２、ｐｔａｂ２パルスで駆動されるトランジスタ５４０、５４１、５４２を介して、それぞれ容量（ｃｔｎ２）５４３、（ｃｔａｂ２）５４４、に保持される。容量（ｃｔｎ２）５４３、（ｃｔａｂ２）５４４に保持された信号は、水平走査手段からの１列毎に順次出力されるパルスｐｈ（ｎ）により、読み出しアンプ５５０に入力され、撮像素子の外部に出力される。
【００２７】
図６、７は、図４、５で説明した本実施例に係る撮像素子４００を、グローバル電子シャッタ機能を用いて、第１の読み出しモードで受光素子の蓄積信号を読み出す第１の駆動を行うときの（以下、第１の駆動モード）タイミングチャートを示す。図において、ＶＤ（垂直同期信号）は受光素子による蓄積開始、終了や受光素子からの信号読み出しを行うなどの動作を遷移させる同期信号、ＨＤ（水平同期信号）は１水平行の読み出し周期毎に動作を遷移させる同期信号である。また、各トランジスタは、そのゲートがＨｉの時にオン、Ｌｏｗの時にオフするものとする。
【００２８】
図６は、撮像素子４００の第１の読み出しモードにおける信号蓄積から読み出しまでの動作のタイミングチャートを示す図である。
【００２９】
同図において、時刻Ｔ３０１でＶＤの立上げに同期して全行（つまり全単位画素）のｐｔｘ１＿ａ、ｐｔｘ２＿ａ、ｐｔｘ１＿ｂ、ｐｔｘ２＿ｂパルスをＨｉにし、時刻Ｔ３０２でＬｏｗにする。この時、全行のｐｒｅｓパルスはＨｉである。よって、時刻Ｔ３０１〜Ｔ３０２の間で、全単位画素のＡ像用受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）３０５、Ｂ像用受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２、電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）３０６及びＦＤ３０７がリセットされる。
【００３０】
続いて時刻Ｔ３０３で、ＶＤの立ち上がりに同期して全行（つまり全単位画素）のｐｔｘ１＿ａ、ｐｔｘ１＿ｂパルスをＨｉにし、時刻Ｔ３０４でＬｏｗにする（第１の保持駆動パルス）。これにより、全単位画素の受光素子（ＰＤ）からの電荷を電荷保持部（ＭＥＭ）に転送する（第１の保持）。つまり時刻Ｔ３０２でリセットが解除されてから時刻Ｔ３０４で電荷転送が終了するまでの時間が、受光素子（ＰＤ）での蓄積時間であり、電荷転送終了後のＴ３０４からＴ３０５でＶＤが立下がるまでの期間が、各受光素子からの信号を読み出す水平走査期間となる。水平走査期間中の動作は図７を用いて詳述するが、電荷保持部（ＭＥＭ）に転送された電荷を行毎に順次ＦＤ３０７に転送しながら読み出し回路に読み出す（第１の読み出し、第２の読み出し）。次いで、読み出しアンプにより撮像素子外部に読みだす（第１の出力、第２の出力）。しかし、非常に強い光を受光していると、図３（ｂ）で説明したとおり、読み出し期間中に電荷保持部（ＭＥＭ）に光が漏れこみ、それがノイズ信号として、受光素子からの蓄積信号に重畳されてしまう。
【００３１】
図７は、図６で説明した撮像素子４００の動作のうち、１行についての水平走査の動作のタイミングチャートを示す図である。同図において、時刻Ｔ１でのＨＤの立ち上がりに同期してｐｒｅｓをＨｉにすることでＦＤ３０７のリセットを解除し、時刻Ｔ２でｐｓｅｌをＨｉにすることで読み出し行のソースフォロアアンプ（ｔｓｆ）の出力を垂直出力線５１３に接続する。この時、ＦＤ３０７のリセット解除信号が、読み出し回路の容量（ｃ０）５２２に接続される。
【００３２】
この状態で、時刻Ｔ３〜Ｔ６の期間においてｐｃ０ｒをＨｉにし、時刻Ｔ４〜Ｔ５の期間にｐｔｎ１、ｐｔａ１、ｐｔａｂ１、ｐｔｎ２、ｐｔａ２、ｐｔａｂ２をＨｉにする。これにより、容量（ｃ０ｒ）５２２、（ｃｆ）５２４、容量（ｃｔｎ１）５３４、（ｃｔａ１）５３５、（ｃｔａｂ１）５３６、容量（ｃｔｎ２）５４３、（ｃｔａｂ２）５４４をリセット及び解除する。また、時刻Ｔ７からＴ８の間にｐｔｎ１をＨｉにすることで、ＦＤ３０７のリセット解除信号をアンプ５２３を介して容量（ｃｔｎ１）５３４に保持する（ノイズ読み出し）。
【００３３】
次に、時刻Ｔ１０からＴ１１の間にＰｔｘ２＿ａをＨｉにすることで、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）３０５で保持されていた受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１の信号をＦＤ３０７に転送する。また、時刻Ｔ９からＴ１２の間にｐｔａ１をＨｉにすることで受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１の信号をアンプ５２３を介して容量（ｃｔａ１）５３５に保持する（第１の読み出し駆動パルス）。
【００３４】
更に時刻Ｔ１４からＴ１５の間にＰｔｘ２＿ｂをＨｉにすることで、電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）３０６で保持されていた受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２の信号を共通のＦＤ３０７に転送する。また、時刻Ｔ１３からＴ１６の間にｐｔａｂ１をＨｉにすることで、ＦＤ３０７上で加算された受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１と受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２の信号を、アンプ５２３を介して容量（ｃｔａｂ１）５３６に保持する（第２の読み出し駆動パルス）。
【００３５】
その後、時刻Ｔ１７でｐｓｅｌをＬｏｗにすることで、読み出し行のソースフォロアアンプ（ｔｓｆ）の出力を垂直出力線５１３から切り離し、時刻Ｔ１８でｐｒｅｓをＨｉにすることでＦＤ３０７をリセット状態にする。そして時刻Ｔ１８からＴ１９の間にｐｔｎ２、ｐｔａｂ２をＨｉにすることで、容量（ｃｔｎ１）５３４に保持されたＦＤ３０７のリセット解除信号を、アンプ５３７を介して容量（ｃｔｎ２）５４３に保持する。同時に、容量（ｃｔａｂ１）５３６に保持されたＦＤ３０７上で加算された受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１と受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２の信号を、アンプ５３９を介して容量（ｃｔａｂ２）５４４に保持する。
【００３６】
時刻Ｔ２０からＴ２１の間に水平走査手段から出力されるｐｈ（ｎ）パルスにより、容量（ｃｔｎ２）５４３、容量（ｃｔａｂ２）５４４に保持された信号を、読み出しアンプ５５０に行毎に順次入力し、撮像素子の外部に出力する（第１の出力駆動パルス）。ここで出力される信号は（第１の出力）、ＦＤ３０７のリセット解除信号及び同一単位画素内の受光素子１０１と１０２の出力を加算した信号であり、その差分をとることでリセットノイズ等を除去した信号のみを得ることができる。通常はこの信号を全行分用いてグローバル電子シャッタにより制御された撮像画像を生成する。これにより、リセットノイズ等を除去する補正がされた撮像信号を用いた画像生成が可能となる。
【００３７】
次に、時刻Ｔ２１からＴ２２の間にｐｔｎ２、ｐｔａ２をＨｉにすることで、容量（ｃｔｎ１）５３４に保持されたＦＤ３０７のリセット解除信号をアンプ５３７を介して容量（ｃｔｎ２）５４３に保持する。同時に、容量（ｃｔａ１）５３５に保持された受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１の信号を、アンプ５３８を介して容量（ｃｔａｂ２）５４４に保持する。
【００３８】
時刻Ｔ２３からＴ２４の間に水平走査手段から出力されるｐｈ（ｎ）パルスにより、容量（ｃｔｎ２）５４３、容量（ｃｔａｂ２）５４４に保持された信号を読み出しアンプ５５０に行毎に順次入力し、撮像素子の外部に出力する（第２の出力駆動パルス）。ここで出力される信号は（第２の出力）、ＦＤ３０７のリセット解除信号及び同一単位画素内の受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１の信号であり、その差分をとることでリセットノイズ等を除去した受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１の信号のみを得ることができる。
【００３９】
ここで、受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１と（ＰＤ＿ｂ）１０２の出力を加算した信号（ａ＋ｂ）と受光素子（ＰＤ＿ａ）１０１の信号（ａ）が得られるので、（ａ＋ｂ）−（ａ）により（ｂ）の信号、つまり受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２の信号を求めることができる。このように得られた（ａ）信号と（ｂ）信号の出力のずれ量を求めることにより、位相差方式の焦点検出が可能である。
【００４０】
時刻Ｔ２４においてＨＤを立下げて、１行分の単位画素の信号の読み出し水平走査を終了し、時刻Ｔ１に戻って次行の駆動に移り、全行の信号読み出し水平走査が終了した時点で全単位画素の読み出し動作を終了する。
【００４１】
図８、９は、図４、５で説明した本実施例に係る撮像素子４００を、グローバル電子シャッタ機能を用いて、第２の読み出しモードで第２の駆動を行う時読み出（以下、第２の駆動モード）のタイミングチャートを示す図である。この第２の駆動方法により、読み出し期間中に電荷保持部（ＭＥＭ）に光が漏れこむことにより、保持された受光素子からの信号に重畳されてしまうノイズ信号を除去することが可能となる。尚、この場合は、位相差方式による撮影レンズの焦点調節はできない。また、撮像素子の構成は、図３〜５で説明したものと同じであり、駆動パルス信号も同じであるとして説明する。
【００４２】
図８は、撮像素子４００の信号蓄積から読み出しまでの動作のタイミングチャートを示す図であり、図６との違いは、時刻Ｔ３０３でＨｉにするパルスをｐｔｘ１＿ｂのみとしている点である。すなわち、全単位画素の受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）のうち（ＰＤ＿ｂ）のみの信号を電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）に転送し、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）はリセット解除された時の状態のままに保持する（第２の保持、第２の保持駆動パルス）。
【００４３】
その後、時刻Ｔ３０４からＴ３０５の期間に電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）、（ＭＥＭ＿ｂ）に保持された電荷を順次読み出す（第３の読み出し、第４の読み出し）。ところが、この期間に図３（ｂ）で説明したとおり、電荷保持部（ＭＥＭ）に光が漏れこみ、それがノイズ信号として重畳されてしまう。つまり、電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）には受光素子（ＰＤ＿ｂ）からの信号に加え、光の漏れ込みノイズが保持され、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）には光の漏れ込みノイズのみが保持されることになる。図１０に、この様子を示す。
【００４４】
図９は、図８で説明した撮像素子４００の動作のうち１行の水平走査の動作のタイミングチャートを示す図である。駆動パルスの動作は、図７と差は無く、その役割が異なるのでその説明をする。
【００４５】
図９の時刻Ｔ１〜Ｔ９までは、図７と同じである。時刻Ｔ１０からＴ１１の間にＰｔｘ２＿ａをＨｉにすることで電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）３０５に保持されていた電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズを、ＦＤ３０７に転送する。また、時刻Ｔ９からＴ１２の間にｐｔａ１をＨｉにすることで、光の漏れ込みノイズをアンプ５２３を介して容量（ｃｔａ１）５３５に保持する(第３の読み出し駆動パルス)。
【００４６】
更に、時刻Ｔ１４からＴ１５の間にＰｔｘ２＿ｂをＨｉにすることで、電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）に保持された受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号と電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズとを、共通のＦＤ３０７に転送する。この時、ＦＤ３０７には、受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号と電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）への光の漏れ込みノイズ、および電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズが保持される。
【００４７】
時刻Ｔ１３からＴ１６の間にｐｔａｂ１をＨｉにする。これにより、ＦＤ３０７上で加算された受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号と電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）および電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズをアンプ５２３を介して容量（ｃｔａｂ１）５３６に保持する(第４の読み出し駆動パルス)。
【００４８】
その後の時刻Ｔ１８〜Ｔ２１までに読み出される信号は、受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号（ｂ）、電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）での光の漏れ込みノイズ（ＭＥＭ＿ｂ）、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズ（ＭＥＭ＿ａ）である。また、時刻Ｔ２１〜Ｔ２４までに読み出される信号は、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズ（ＭＥＭ＿ａ）である（第３の出力、第３の出力駆動パルス）。式にすると、
時刻Ｔ１８〜Ｔ２１までに読み出される信号＝（ｂ）＋（ＭＥＭ＿ｂ）＋（ＭＥＭ＿ａ）
時刻Ｔ２１〜Ｔ２４までに読み出される信号＝（ＭＥＭ＿ａ）
【００４９】
ここで、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）および（ＭＥＭ＿ｂ）は、図３に示すようにレイアウトがほぼ同じなので、光の漏れ込みノイズもほぼ等価である。従って、
（ＭＥＭ＿ｂ）＝（ＭＥＭ＿ａ）・・・（式１）
である。これから、得られた信号に対して以下の演算をすることで、光の漏れ込みノイズのない受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号のみを得ることができる。
｛（ｂ）＋（ＭＥＭ＿ｂ）＋（ＭＥＭ＿ａ）｝−２×（ＭＥＭ＿ａ）・・・（式２）
【００５０】
尚、上記演算は、後段の信号処理回路にて行われ、同時に、得られた受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号を用いて画像を生成する。
【００５１】
以上述べたように、本実施形態によれば、全単位画素の蓄積期間が同時刻となる電子シャッタ機能を使用する時に、電荷保持部での漏れ光により発生するノイズを抑制できる撮像素子の駆動方法を提供することが可能となる。
【００５２】
図８、９の説明では、図１で説明したように一方の受光素子からの出力信号のみから撮像画像を生成するので、図６、７で説明したような通常の撮像画像に対して若干視差を持った撮像画像が生成される。しかしながら、１つの画像のみを鑑賞する場合、通常撮像画像との差はほとんどの場合無視できる。更にこの場合、出力信号(信号量)が通常の撮像画像に対して約１／２の出力になるので、後段の処理回路などで出力をそろえる補正を行うようにしても良い。
【００５３】
［実施例１の変形例］
次に、本発明の第１の実施例の変形例に係る撮像素子の構成を、図１１を用いて説明する。本変形例の撮像素子は、第１の実施例の撮像素子とは、単位画素における電荷保持部の信号電荷を、ＦＤを介し垂直出力線５１３に読み出すための構成が異なる。他の構成部分は第１の実施例と同様なので、ここでの説明は、特に必要が無い限り省略する。
【００５４】
図１１は、本変形例に係る撮像素子の単位画素の構成を示す図である。図において、図３と同様の部分は、同じ符号を付して示す。図１１と図３との違いは、本実施例では、電荷保持部ＭＥＭ＿ａ３０５に隣接してＦＤ＿ａ１１０２及びＭＯＳトランジスタ１１００が配置され、電荷保持部ＭＥＭ＿ｂ３０６に隣接してＦＤ＿ｂ１１０３及びＭＯＳトランジスタ１３１０が配置されている点である。即ち、本変形例では、第１の実施例で共通であったフローティングディフュージョン部を、第１のフローティングディフュージョン部と第２のフローティングディフュージョン部として独立に配置している。このような構成にすることで、電荷保持部ＭＥＭ＿ａ３０５とＭＥＭ＿ｂ３０６に保持される電荷を独立して並列に読み出すことが可能である。これにより、単位画素からの信号読み出しの時間を短縮することが可能となり、焦点検出速度を向上させることが可能となる。通常の撮像画像を得る場合は、後段の信号処理回路において加算処理を行えばよい。なお、本実施例のこの構成に合わせて、出力回路及びその駆動パルスは、適宜変更されるものとする。
【００５５】
以下、本変形例に特有の電荷保持部ＭＥＭ＿ａ３０５とＭＥＭ＿ｂ３０６に保持される電荷を独立して読み出し時の構成を説明する。図１１に示す構成で、ＦＤ＿ｂ１１０３には受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号（ｂ）と電荷保持部（ＭＥＭ＿ｂ）での光の漏れ込みノイズ（ＭＥＭ＿ｂ）とが転送され、ＦＤ＿ａ１３０２には電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）での光の漏れ込みノイズ（ＭＥＭ＿ａ）を転送する。
【００５６】
電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）および（ＭＥＭ＿ｂ）は、図１１に示すように、レイアウトがほぼ同じなので、光の漏れ込みノイズもほぼ等価である。従って、
（ＭＥＭ＿ｂ）＝（ＭＥＭ＿ａ）・・・（式１）
であるので、得られた信号に対して（式３）の演算することで、光の漏れ込みノイズのない受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号のみを得ることができる。
｛（ｂ）＋（ＭＥＭ＿ｂ）｝−（ＭＥＭ＿ａ）・・・（式３）
【００５７】
尚、上記演算は後段の信号処理回路にて行われ、同時に、得られた受光素子（ＰＤ＿ｂ）１０２からの信号を用いて画像を生成する。
【００５８】
また、上記実施例およびその変形例においては、電荷保持部（ＭＥＭ＿ａ）、（ＭＥＭ＿ｂ）で発生するノイズ電荷は、遮光部材から漏れた光により発生するものとして説明した。しかし、本発明により低減し得るノイズはこの限りではなく、各電荷保持部に発生し得る、暗電流等の様々な要因によるノイズの低減にも本発明は有効である。
【００５９】
［実施例２］
次に、図１２乃至１４を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
【００６０】
図１２は、図１乃至１１を用いて説明した本発明の第１の実施例およびその変形例に係る撮像素子を適用したデジタルカメラ等の撮像装置の構成例を示すブロック図である。なお、同図には、撮影動作に関連する構成要素のみを示しているので、撮像装置としての構成はこれに限定されるものではない。
【００６１】
同図において、1２０２は被写体の光学像を形成する撮像レンズを含む光学系、１２０３は光学系１２０２を駆動して焦点調節を行うフォーカス制御部、１２０６は本発明に係わる撮像素子、１２０７はＡ／Ｄ変換器、１２０８はタイミング制御部である。Ａ／Ｄ変換器１２０７によって、撮像素子１２０６から出力された画像信号であるアナログ信号は、デジタル信号に変換される。１２０９は信号処理部で、Ａ／Ｄ変換器１２０７から出力された画像の信号処理及び圧縮などの処理を行う。１２１０はメモリで、静止画像や動画のデータを格納する。１２１１はユーザの入力を受け付ける操作部、１２１５は記録媒体、１２１７は表示部である。１２１８は制御部で、制御部が含む図示しないメモリに記憶されている制御プログラムを実行して、焦点調節部１２０３、タイミング制御部１２０８、表示部１２１５等の制御や、画像データの記録媒体１２１５への記録、転送を制御する。
【００６２】
図１３は、本実施例に係る撮像装置１２０１の撮影動作のフローチャートを示す図である。図１３において、制御部１２１８は、ステップＳ１３０１で撮像装置を動作させるかどうかを、撮像装置の不図示の電源スイッチ（ＳＷ）がオンしたかどうかで判定し、オフであればステップＳ１３０１を繰り返す。
【００６３】
ステップＳ１３０２では、図６、７で説明したように撮像素子１２０６をグローバル電子シャッタ制御して焦点検出及び画像生成するための駆動（第１の駆動モード）を行うことで、受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号を得る(第１の撮影動作)。なお、撮像素子の駆動パルスの生成は、制御部１２１８がタイミング制御部１２０８を制御することで生成される。
【００６４】
ステップＳ１３０３では、得られた受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号を用いて公知の焦点検出処理を行い、ステップＳ１３０４において、フォーカス制御部１２０３は、焦点検出結果に従って、被写体にピントが合う位置に撮影レンズを駆動する。ステップＳ１３０５では、画像処理部１２０９が、得られた受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号を用いて画像を生成し、表示手段に表示をする。
【００６５】
ステップＳ１３０６では、制御部１２１８が、得られた受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号により高輝度被写体があるかどうかを判定する。判定は撮像素子画面内の全画素で行い、撮像素子上の照度が所定の値を超えている部分があるかどうか（例えば飽和している画素があるか）によって行う。ここで、高輝度被写体が無いと判断されると漏れ光により発生するノイズは無視できるものと判断して、ステップＳ１３０７に移行する。
【００６６】
ステップＳ１３０７ではステップＳ１３０２と同様に、撮像素子をグローバル電子シャッタ制御して焦点検出及び画像生成するための駆動（第１の駆動モード）を行うことで、受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号を得る(第１の撮影動作)。ステップＳ１３０８ではステップＳ１３０３と同様に、得られた受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号を公知の焦点検出処理を行い、ステップＳ１３０９ではステップＳ１３０４と同様に被写体にピントが合う位置に撮影レンズを駆動し、ステップＳ１３１１に移行する。ステップＳ１３０６で、高輝度被写体があると判断されると、漏れ光により発生するノイズは無視できないものと判断して、ステップＳ１３１０に移行する。
【００６７】
ステップＳ１３１０では、グローバル電子シャッタ機能を用いて撮像素子１２０６を駆動したときに、読み出し期間中に電荷保持部（ＭＥＭ）に光が漏れこむことで発生するノイズ信号を除去する駆動（第２の駆動モード）を、図８、９で説明したように行う。これにより、受光素子（ＰＤ＿ｂ）からの信号を得る（第２の撮影動作）。尚、この場合、位相差方式による光学系１２０２の焦点調節はできない。
【００６８】
続くステップＳ１３１１では、受光素子（ＰＤ＿ｂ）からの信号が、受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの加算信号と同等の出力レベルになるようにゲイン補正を行う。補正量はあらかじめ調整値として記憶しておけば良い。
【００６９】
ステップＳ１３１２では、受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）から、または（ＰＤ＿ｂ）のみから得られた信号を用いて画像を生成し、表示手段に表示をする。ステップＳ１３１３では、ステップＳ１３１２で生成された画像を記録媒体等に所定のフォーマットで記録する。
【００７０】
ステップＳ１３１４では、撮像装置の撮影動作を継続させるかどうかを、スイッチ（ＳＷ）がオンした状態かどうかを判定する。オンであればステップＳ１３０２に移行し、ステップＳ１３０２からステップＳ１３１４を繰り返す。ステップＳ１３１４でスイッチ（ＳＷ）がオフであれば、撮像装置の動作を終了する。
【００７１】
以上の説明では、撮像装置の撮影条件として、撮影しようとする被写体に高輝度被写体があるかどうかを判定して、高輝度被写体があると判定されると漏れ光により発生するノイズが無視できないものとして、撮像素子の駆動モードを変更している。これにより、被写体輝度によらずノイズを抑制しつつ、全画素の蓄積期間が同時刻となる撮像画像を得ることが可能となる。
【００７２】
［実施例２の変形例］
本発明に係るグローバル電子シャッタ駆動される撮像素子は、漏れ光により発生するノイズを抑制するものであるが、漏れ光により発生するノイズは動画において一般的には残像として認識される。一方、静止画においては残像は許容できるものではないが、若干の視差は十分に許容される。そこで、撮影条件としての撮影モードが静止画撮影モードと動画撮影モードであるかで、撮像素子の駆動を変えて最適な画像を生成する撮像装置を、第２の実施例の変形例として示す。
【００７３】
図１４は、図１〜１１で説明した本発明の第１の実施例およびその変形例に係る撮像素子をカメラ等の撮像装置に応用したときの撮影動作のフローチャートを示す図である。なお、図１３のフローチャートとの差はステップＳ１４０６であるので、他の部分の説明は省略する。
【００７４】
ステップＳ１４０６では、制御部１２１８が、操作部１２１１の操作に従った不図示のモード設定手段による撮像装置の撮影モードの設定が、静止画撮影モードか動画撮影モードかをにより判定する。ここで、動画撮影モードが設定されていると判定された場合は、ステップＳ１３０７に進む。ステップＳ１３０７では、撮像素子をグローバル電子シャッタ機能を用いて駆動し、焦点検出及び画像生成するために受光素子（ＰＤ＿ａ）、（ＰＤ＿ｂ）からの信号を取得する動作（第１の撮像動作）を行う。
【００７５】
ステップＳ１４０６で静止画撮影モードが設定されていると判定された場合は、ステップＳ１３１０に移行する。ステップＳ１３１０では、撮像素子をグローバル電子シャッタ機能を用いて駆動し、読み出し期間中に電荷保持部（ＭＥＭ）に光が漏れこむことにより発生したノイズ信号を除去できる読み出し動作（第２の撮像動作）により、受光素子（ＰＤ＿ｂ）からの信号を取得する。
【００７６】
このように撮像装置を動作させることで、グローバル電子シャッタ機能を用いて撮像素子を駆動している場合も、漏れ光により発生するノイズを抑制した静止画を生成できるとともに、最適な動画画像の生成も可能となる。
【００７７】
上述した実施形態において図１３および１４示した各処理は、各処理の機能を実現する為のプログラムをメモリから読み出して制御部１２１８のＣＰＵが実行することによりその機能を実現させるものである。
【００７８】
尚、上述した構成に限定されるものではなく、図１３および１４に示した各処理の全部または一部の機能を、専用のハードウェアにより実現してもよい。また、上述したメモリは、光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、ＣＤ−ＲＯＭ等の読み出しのみが可能な記憶媒体、ＲＡＭ以外の揮発性のメモリであってもよい。また、それらの組合せによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記憶媒体より構成されてもよい。
【００７９】
また、図１３および１４に示した各処理の機能を実現する為のプログラムをコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記録して、この記憶媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各処理を行っても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。具体的には、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書きこまれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含む。
【００８０】
また、「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とは、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。例えば、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発メモリ（ＲＡＭ）も含む。
【００８１】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
【００８２】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現する為のものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００８３】
また、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等のプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。上記のプログラム、記録媒体、伝送媒体およびプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
【００８４】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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