(57)【要約】【課題】グローバル電子シャッタ動作において、ノイズやムラを抑制した良質な画像を取得しうる撮像装置及び撮像システムを提供する。【解決手段】光電変換により電荷を生じる光電変換部と、光電変換部から転送される電荷を保持する保持部と、保持部から転送される電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、複数の画素から信号が出力される出力線と、を有し、複数の画素のそれぞれは、光電変換部で生じた電荷を光電変換部で保持する第１の期間と、光電変換部で生じた電荷を光電変換部及び保持部で保持する第２の期間と、を含む露光期間の間に光電変換部で生じた電荷に基づく信号を出力するように構成されており、第１の期間において保持部に保持されている電荷に基づく信号を出力した後であって、第１の期間に生じた電荷を光電変換部から保持部へ転送する前に、保持部をリセットするように更に構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記電荷を保持する保持部と、前記保持部から転送される前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、
前記複数の画素に接続され、前記複数の画素から前記信号が出力される出力線と、を有し、
前記複数の画素のそれぞれは、
前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部で保持する第１の期間と、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部及び前記保持部で保持する第２の期間と、を含む露光期間の間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく信号を出力するように構成されており、
前記第１の期間において前記保持部に保持されている電荷に基づく信号を出力した後であって、前記第１の期間に生じた電荷を前記光電変換部から前記保持部へ転送する前に、前記保持部をリセットするように更に構成されている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の期間では、前記増幅部に転送した前記電荷に基づく前記信号の出力が前記複数の画素について順次行われ、
前記保持部のリセットは、前記複数の画素において同時に行われる
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第１の期間では、前記増幅部に転送した前記電荷に基づく前記信号の出力と、前記保持部のリセットとが、前記複数の画素について順次行われる
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の画素の前記露光期間が同じである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素のそれぞれは、前記光電変換部の電荷を前記保持部に転送する第１の転送トランジスタと、前記保持部の電荷を前記増幅部に転送する第２の転送トランジスタと、前記増幅部に転送された電荷をリセットするリセット手段とを更に有する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の期間における前記保持部のリセットは、前記リセット手段により、前記第２の転送トランジスタを介して実施される
ことを特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の転送トランジスタは、前記第１の期間の間、オフの状態に維持される
ことを特徴とする請求項５又は６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の転送トランジスタは、前記第２の期間の間に複数回、オンにする
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の画素のそれぞれは、前記光電変換部の電荷を排出する電荷排出トランジスタを更に有し、
前記露光期間の開始時刻は、前記電荷排出トランジスタをオフにするタイミングによって規定されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記電荷を保持する保持部と、前記保持部から転送される前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続され、前記複数の画素から前記信号が出力される出力線と、を有し、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部で保持する第１の期間と、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部及び前記保持部で保持する第２の期間と、を含む露光期間の間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく信号を出力する撮像装置の駆動方法であって、
前記第１の期間において前記保持部に保持されている電荷に基づく信号を出力した後、前記第１の期間に生じた電荷を前記光電変換部から前記保持部へ転送する前に、前記保持部をリセットする
ことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記第１の期間では、前記増幅部に転送した前記電荷に基づく前記信号の出力を前記複数の画素について順次行い、
前記第１の期間における前記保持部のリセットを、前記複数の画素において同時に行う
ことを特徴とする請求項１０記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項１２】
前記第１の期間では、前記増幅部に転送した前記電荷に基づく前記信号の出力と、前記保持部のリセットとを、前記複数の画素について順次行う
ことを特徴とする請求項１０記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
前記複数の画素の前記露光期間が同じである
ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の前記画素から出力される前記信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１５】
移動体であって、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、撮像装置の駆動方法及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＭＯＳイメージセンサにおいて、グローバル電子シャッタ動作により撮像を行うことが提案されている。グローバル電子シャッタ動作は、複数の画素の間で露光期間が一致するように撮像を行う駆動方法であり、動きの速い被写体を撮影する場合でも被写体像がゆがみにくいという利点がある。
【０００３】
特許文献１には、グローバル電子シャッタ機能を備えた撮像装置が記載されている。特許文献１に記載の撮像装置では、電荷保持部に保持されている電荷に基づく前フレームの信号を読み出している間は光電変換部のみに次フレームの電荷を蓄積し、前フレームの信号の読み出し後は光電変換部と電荷保持部とに電荷を蓄積する。このように撮像装置を構成することで、画素面積を拡大することなく画素の飽和電荷量を増加することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７７３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電荷保持部を有する撮像装置では、電荷保持部がノイズの発生源の１つとなり得るところ、特許文献１では電荷保持部で生じるノイズやその影響についての検討はなされていなかった。より良質の画像を取得するためには、電荷保持部で生じるノイズを含め、画素信号に重畳する虞のあるノイズ成分を可能な限り低減することが望まれる。
【０００６】
本発明の目的は、グローバル電子シャッタ動作において、ノイズやムラを抑制した良質な画像を取得しうる撮像装置及び撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記電荷を保持する保持部と、前記保持部から転送される前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続され、前記複数の画素から前記信号が出力される出力線と、を有し、前記複数の画素のそれぞれは、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部で保持する第１の期間と、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部及び前記保持部で保持する第２の期間と、を含む露光期間の間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく信号を出力するように構成されており、前記第１の期間において前記保持部に保持されている電荷に基づく信号を出力した後であって、前記第１の期間に生じた電荷を前記光電変換部から前記保持部へ転送する前に、前記保持部をリセットするように更に構成されている撮像装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一観点によれば、光電変換により電荷を生じる光電変換部と、前記光電変換部から転送される前記電荷を保持する保持部と、前記保持部から転送される前記電荷に基づく信号を出力する増幅部と、をそれぞれが有する複数の画素と、前記複数の画素に接続され、前記複数の画素から前記信号が出力される出力線と、を有し、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部で保持する第１の期間と、前記光電変換部で生じた前記電荷を前記光電変換部及び前記保持部で保持する第２の期間と、を含む露光期間の間に前記光電変換部で生じた電荷に基づく信号を出力する撮像装置の駆動方法であって、前記第１の期間において前記保持部に保持されている電荷に基づく信号を出力した後、前記第１の期間に生じた電荷を前記光電変換部から前記保持部へ転送する前に、前記保持部をリセットする撮像装置の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、グローバル電子シャッタ機能を備えた撮像装置において、ノイズやムラを抑制した良質な画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その１）である。
【図４】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その２）である。
【図５】本発明の第２実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態の変形例による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による撮像装置の動作を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その１）である。
【図１０】本発明の第３実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャート（その２）である。
【図１１】本発明の第３実施形態の変形例による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。もちろん、本発明に係る実施形態は以下に説明される実施形態のみに限定されない。例えば、以下のいずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。図３及び図４は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００１３】
はじめに、本実施形態による撮像装置の構成について、ＣＭＯＳイメージセンサを例に挙げ、図１及び図２を用いて説明する。
【００１４】
本実施形態による撮像装置１００は、図１に示すように、画素アレイ部１０と、垂直走査回路２０と、読み出し回路３０と、水平走査回路４０と、出力回路５０と、制御回路６０とを有している。
【００１５】
画素アレイ部１０には、複数行及び複数列に渡って配された複数の画素１２が設けられている。それぞれの画素１２は、入射光をその光量に応じた電荷に変換する光電変換素子を含む。
【００１６】
垂直走査回路２０は、それぞれの画素１２から信号を読み出す際に画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、画素アレイの行毎に設けられた制御信号線１４を介して画素１２に供給する回路部である。画素１２から読み出された信号は、画素アレイの列毎に設けられた出力線１６を介して読み出し回路３０に入力される。
【００１７】
読み出し回路３０は、画素１２から読み出された信号に対して所定の処理、例えば、増幅処理や加算処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路３０は、例えば、列アンプ、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、加算回路等を含み得る。読み出し回路３０は、必要に応じてＡ／Ｄ変換回路等を更に含んでもよい。
【００１８】
水平走査回路４０は、読み出し回路３０において処理された信号を列毎に順次、出力回路５０に転送するための制御信号を、読み出し回路３０に供給する回路部である。出力回路５０は、バッファアンプや差動増幅器などから構成され、水平走査回路４０によって選択された列の信号を増幅して出力するための回路部である。
【００１９】
制御回路６０は、垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０に、それらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。垂直走査回路２０、読み出し回路３０及び水平走査回路４０に供給する制御信号の一部又は総ては、撮像装置１００の外部から供給してもよい。
【００２０】
図２は、画素アレイ部１０を構成する画素回路の一例を示す回路図である。図２には、画素アレイ部１０を構成する画素１２のうち、３行×３列に配列された９個の画素１２を示しているが、画素アレイ部１０を構成する画素１２の数は、特に限定されるものではない。
【００２１】
複数の画素１２の各々は、光電変換部Ｄと、転送トランジスタＭ１，Ｍ２と、リセットトランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ４と、選択トランジスタＭ５とを含む。光電変換部Ｄは、例えばフォトダイオードである。光電変換部Ｄのフォトダイオードは、アノードが接地電圧線に接続され、カソードが転送トランジスタＭ１のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインは、転送トランジスタＭ２のソースに接続されている。転送トランジスタＭ１のドレインと転送トランジスタＭ２のソースとの接続ノードに寄生する容量は、電荷の保持部としての機能を備える。図２には、この容量を容量素子（Ｃ１）で表している。以後の説明では、この容量素子を、保持部Ｃ１と表記することがある。
【００２２】
転送トランジスタＭ２のドレインは、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ２のドレイン、リセットトランジスタＭ３のソース及び増幅トランジスタＭ４のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散（フローティングディフュージョン：ＦＤ）領域である。ＦＤ領域に寄生する容量（浮遊拡散容量）は、電荷の保持部としての機能を備える。図２には、この容量を、ＦＤ領域に接続された容量素子（Ｃ２）で表している。以後の説明では、ＦＤ領域を、保持部Ｃ２と表記することがある。リセットトランジスタＭ３のドレインは、電源電圧線（ＶＲＥＳ）に接続されている。増幅トランジスタＭ４のドレインは、電源電圧線（ＶＤＤ）に接続されている。なお、リセットトランジスタＭ３のドレインに供給される電圧（ＶＲＥＳ）と増幅トランジスタＭ４のドレインに供給される電圧（ＶＤＤ）は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。増幅トランジスタＭ４のソースは、選択トランジスタＭ５のドレインに接続されている。選択トランジスタＭ５のソースは、出力線１６に接続されている。
【００２３】
画素アレイ部１０の画素アレイの各行には、行方向（図２において横方向）に延在して、制御信号線１４が配されている。各行の制御信号線１４は、制御線ＴＸ１、制御線ＴＸ２、制御線ＲＥＳ、制御線ＳＥＬを含む。制御線ＴＸ１は、行方向に並ぶ画素１２の転送トランジスタＭ１のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＴＸ２は、行方向に並ぶ画素１２の転送トランジスタＭ２のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＲＥＳは、行方向に並ぶ画素１２のリセットトランジスタＭ３のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＳＥＬは、行方向に並ぶ画素１２の選択トランジスタＭ５のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。なお、図２には、各制御線の名称に、対応する行番号をそれぞれ付記している（例えば、ＴＸ１（ｍ−１），ＴＸ１（ｍ），ＴＸ１（ｍ＋１））。
【００２４】
制御線ＴＸ１、制御線ＴＸ２、制御線ＲＥＳ、制御線ＳＥＬは、垂直走査回路２０に接続されている。制御線ＴＸ１には、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ１を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＴＸ１が出力される。制御線ＴＸ２には、垂直走査回路２０から、転送トランジスタＭ２を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＴＸ２が出力される。制御線ＲＥＳには、垂直走査回路２０から、リセットトランジスタＭ３を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＲＥＳが出力される。制御線ＳＥＬには、垂直走査回路２０から、選択トランジスタＭ５を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＳＥＬが出力される。典型例では、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号が出力されると対応するトランジスタがオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号が出力されると対応するトランジスタがオフとなる。これら制御信号は、制御回路６０からの所定のタイミング信号に応じて、垂直走査回路２０から供給される。垂直走査回路２０には、シフトレジスタやアドレスデコーダなどの論理回路が用いられる。
【００２５】
画素アレイ部１０の画素アレイの各列には、列方向（図２において縦方向）に延在して、出力線１６が配されている。出力線１６は、列方向に並ぶ画素１２の選択トランジスタＭ５のソースにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。なお、画素１２の選択トランジスタＭ５は、省略してもよい。この場合、出力線１６は、増幅トランジスタＭ４のソースに接続される。出力線１６には、電流源１８が接続されている。
【００２６】
光電変換部Ｄは、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１は、光電変換部Ｄが保持する電荷を保持部Ｃ１に転送する。保持部Ｃ１は、光電変換部Ｄで生成された電荷を、光電変換部Ｄとは異なる場所で保持する。転送トランジスタＭ２は、保持部Ｃ１が保持する電荷を保持部Ｃ２に転送する。保持部Ｃ２は、保持部Ｃ１から転送された電荷を保持するとともに、増幅部の入力ノード（増幅トランジスタＭ４のゲート）の電圧を、その容量と転送された電荷の量とに応じた電圧に設定する。リセットトランジスタＭ３は保持部Ｃ２を、電圧ＶＲＥＳに応じた所定の電圧にリセットする。選択トランジスタＭ５は、出力線１６に信号を出力する画素１２を選択する。増幅トランジスタＭ４は、ドレインに電圧ＶＤＤが供給され、ソースに選択トランジスタＭ５を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成する。これにより増幅トランジスタＭ４は、入射光によって生じた電荷に基づく信号Ｖｏｕｔを、出力線１６に出力する。なお、図２には、信号Ｖｏｕｔに、対応する列番号をそれぞれ付記している（Ｖｏｕｔ（ｐ−１），Ｖｏｕｔ（ｐ），Ｖｏｕｔ（ｐ＋１））。
【００２７】
このような構成により、保持部Ｃ１が電荷を保持している間に光電変換部Ｄで生じた電荷は、光電変換部Ｄに蓄積することができる。これにより、複数の画素１２の間で露光期間が一致するような撮像動作、いわゆるグローバル電子シャッタ動作を行うことが可能となる。なお、電子シャッタとは、入射光によって生じた電荷の蓄積を電気的に制御することである。
【００２８】
次に、本実施形態による撮像装置の駆動方法について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、１フレーム期間における転送トランジスタＭ１，Ｍ２及びリセットトランジスタＭ３の動作を示すタイミングチャートである。図３には、連続する任意の３行分の駆動パルスを示している。図４は、１水平期間における信号の読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【００２９】
図３中、制御信号ＰＴＸ１は、転送トランジスタＭ１のゲートに供給される制御信号である。図３及び図４中、制御信号ＰＴＸ２は、転送トランジスタＭ２のゲートに供給される制御信号である。図３及び図４中、制御信号ＰＲＥＳは、リセットトランジスタＭ３のゲートに供給される制御信号である。図４中、制御信号ＰＳＥＬは、選択トランジスタＭ５に供給される制御信号である。これら制御信号の符号に付記された（ｍ−１），（ｍ），（ｍ＋１）は、行番号を示している。
【００３０】
図３及び図４に示す各制御信号は、ハイレベルのときに対応するトランジスタがオンとなり、ローレベルのときに対応するトランジスタがオフとなる。各制御信号は、制御回路６０による制御のもと垂直走査回路２０から供給される。
【００３１】
時刻Ｔ１より前の期間には、前フレームの蓄積動作が行われている。時刻Ｔ１の直前において、各行の制御信号ＰＴＸ１はハイレベルであり、各行の制御信号ＰＴＸ２，ＰＲＥＳはローレベルである。
【００３２】
時刻Ｔ１において、垂直走査回路２０から総ての行の制御線ＴＸ１へと供給される制御信号ＰＴＸ１をハイレベルからローレベルへと遷移し、総ての行の画素１２の転送トランジスタＭ１をオフにする。これにより、前フレームの露光期間が終了する。前フレームの露光期間の間に各画素１２の光電変換部Ｄで生成された電荷は、時刻Ｔ１には総て保持部Ｃ１へと転送されている。時刻Ｔ１は、前フレームの露光期間の終了時刻であり、次フレームの露光期間の開始時刻でもある。なお、制御信号ＰＴＸ１は後述する時刻Ｔ１０までローレベルとし、転送トランジスタＭ１をオフ状態のまま維持する。
【００３３】
時刻Ｔ１以降、前フレームの露光期間の間に各画素１２の保持部Ｃ１に蓄積された電荷を、行単位で順次、保持部Ｃ１から保持部Ｃ２へと転送する。これにより、保持部Ｃ２に転送された電荷の量に応じた増幅部の入力ノード（増幅トランジスタＭ４のゲート）の電圧に基づく画素信号を、増幅トランジスタＭ４、選択トランジスタＭ５及び出力線１６を介して、読み出し回路３０に出力する。
【００３４】
各行の読み出し動作は、例えば図４に示すタイミングチャートに従って実施する。図４の動作では、画素１２の選択、リセット、ノイズ信号の読み出し（Ｎ読み）、保持部Ｃ１から保持部Ｃ２への電荷の転送、光信号の読み出し（Ｓ読み）、を順次行う。図３には、図４に示す制御信号のうち、制御信号ＰＲＥＳ及び制御信号ＰＴＸ２が示されている。図４には、第ｍ−１行の画素１２からの読み出しを行うときの時刻を記載している。
【００３５】
ここで、図３に示す第ｍ−１行の画素１２からの読み出し動作を例にして、各行の読み出し動作を説明する。
【００３６】
図示しない第ｍ−２行の読み出し動作が完了した後の時刻Ｔ３において、垂直走査回路２０から制御線ＳＥＬ（ｍ−１）へと供給される図示しない制御信号ＰＳＥＬ（ｍ−１）がローレベルからハイレベルへと遷移する。これにより、第ｍ−１行の画素１２の選択トランジスタＭ５がオンになり、第ｍ−１行目の画素１２が選択状態となる。
【００３７】
次いで、時刻Ｔ４において、垂直走査回路２０から制御線ＲＥＳ（ｍ−１）へと供給される制御信号ＰＲＥＳ（ｍ−１）をローレベルからハイレベルへと遷移し、第ｍ−１行目の画素１２のリセットトランジスタＭ３をオンにする。これにより、第ｍ−１行目の画素１２の保持部Ｃ２を、電圧ＶＲＥＳに応じた所定の電圧にリセットする。
【００３８】
次いで、制御信号ＰＲＥＳ（ｍ−１）をハイレベルからローレベルへと遷移した後、保持部Ｃ２のリセット電圧に基づく画素信号（ノイズ信号）を、増幅トランジスタＭ４、選択トランジスタＭ５及び出力線１６を介して読み出し回路３０に出力する（Ｎ読み）。
【００３９】
次いで、ノイズ信号を読み出した後の時刻Ｔ５において、垂直走査回路２０から制御線ＴＸ２（ｍ−１）へと供給される制御信号ＰＴＸ２（ｍ−１）をローレベルからハイレベルへと遷移する。これにより、転送トランジスタＭ２がオンとなり、第ｍ−１行目の画素１２の保持部Ｃ１に保持されていた電荷が保持部Ｃ２へと転送される。
【００４０】
次いで、制御信号ＰＴＸ２（ｍ−１）をハイレベルからローレベルへと遷移した後、保持部Ｃ２に転送された電荷の量に基づく画素信号（光信号）を、増幅トランジスタＭ４、選択トランジスタＭ５及び出力線１６を介して読み出し回路３０に出力する（Ｓ読み）。なお、画素１２からは、ノイズ信号を読み出さず、光信号のみを読み出すようにしてもよい。
【００４１】
次いで、時刻Ｔ７において、制御信号ＰＳＥＬ（ｍ−１）をハイレベルからローレベルへと遷移し、第ｍ−１行の画素１２の選択トランジスタＭ５をオフにして、第ｍ−１行の画素１２の選択を解除する。
【００４２】
出力線１６を介して画素１２から出力されたアナログ信号は、出力回路５０を介して撮像装置の外部へと出力される。画素１２から読み出された信号は、撮像装置内（例えば読み出し回路３０）においてＡＤ変換処理を実施した後に出力してもよいし、アナログ信号として撮像装置の外部に出力した後にＡＤ変換処理を実施してもよい。
【００４３】
このようにして、総ての行について同様の読み出し動作を行い、前フレームの露光期間の間に蓄積された電荷に基づく画素信号を、行毎に順次、画素１２から読み出し回路３０へと出力する。
【００４４】
総ての行の画素１２の画素信号を読み出した後、時刻Ｔ９において、総ての行の制御信号ＰＴＸ２及び制御信号ＰＲＥＳをローレベルからハイレベルと遷移し、転送トランジスタＭ２及びリセットトランジスタＭ３をオンにする。これにより、保持部Ｃ１を、転送トランジスタＭ２及びリセットトランジスタＭ３を介して、電圧ＶＲＥＳに応じた所定の電圧にリセットする。
【００４５】
次いで、総ての行の制御信号ＰＴＸ２及び制御信号ＰＲＥＳをハイレベルからローレベルへと遷移して保持部Ｃ１のリセットを解除した後、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間において、総ての行の制御信号ＰＴＸ１をローレベルからハイレベルへと遷移する。これにより、時刻Ｔ１から時刻Ｔ１１の期間において光電変換部Ｄに蓄積された電荷を、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１へと転送する。すなわち、光電変換部Ｄで生成された電荷は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ１０の期間においては光電変換部Ｄのみに蓄積され、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間においては光電変換部Ｄ及び保持部Ｃ１に蓄積されることになる。
【００４６】
なお、保持部Ｃ１のリセットは、必ずしも時刻Ｔ９において全行同時に実施する必要はなく、読み出しの終了後、制御信号ＰＴＸ１がハイレベルとなる時刻Ｔ１０までの期間であれば、行毎に任意の期間に実施することができる（第３実施形態を参照）。保持部Ｃ１のリセットは、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１に電荷を転送する時刻Ｔ１０の直前に実施することが望ましい。
【００４７】
このように、本実施形態の駆動方法では、保持部Ｃ１に保持されている電荷に基づく信号を読み出した後の時刻Ｔ９において、転送トランジスタＭ２及びリセットトランジスタＭ３をオンにして、保持部Ｃ２側から保持部Ｃ１を所定の電圧にリセットする。その後、光電変換部Ｄに蓄積されている電荷を保持部Ｃ１へと転送する。このようにして、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１への電荷の転送前に保持部Ｃ１をリセットすることにより、例えば暗電流によって時刻Ｔ１から時刻Ｔ９の期間に保持部Ｃ１に発生したノイズ成分を排除することができ、より画質を向上することができる。
【００４８】
したがって、本実施形態によれば、グローバル電子シャッタ駆動においてノイズを抑制した良質な画像を取得することができる。
【００４９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図５乃至図８を用いて説明する。第１実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５０】
図５は、本実施形態による撮像装置の画素の構成例を示す回路図である。図６は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図７は、本実施形態の変形例による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図８は、本実施形態による撮像装置の動作を模式的に示す図である。
【００５１】
はじめに、本実施形態による撮像装置の構成について、図５を用いて説明する。
本実施形態による撮像装置は、図５に示すように、各画素１２が電荷排出トランジスタＭ６を更に有する点で、第１実施形態による撮像装置とは異なっている。
【００５２】
電荷排出トランジスタＭ６のソースは、光電変換部Ｄを構成するフォトダイオードのカソードと転送トランジスタＭ１のソースとの接続ノードに接続されている。電荷排出トランジスタＭ６のドレインは、電源電圧線（ＶＯＦＤ）に接続されている。電荷排出トランジスタＭ６は、光電変換部Ｄに蓄積されている電荷をオーバーフロードレインなどの電源ノード（ここでは、電源電圧線ＶＯＦＤ）に排出する役割を有する。なお、電荷排出トランジスタＭ６のドレインに供給される電圧（ＶＯＦＤ）と電圧ＶＤＤや電圧ＶＲＥＳとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５３】
画素アレイ部１０の画素アレイの各行に配された制御信号線１４は、制御線ＯＦＧを更に含む。制御線ＯＦＧは、行方向に並ぶ画素１２の電荷排出トランジスタＭ６のゲートにそれぞれ接続され、これら画素１２に共通の信号線をなしている。制御線ＯＦＧは、垂直走査回路２０に接続されている。制御線ＯＦＧには、垂直走査回路２０から、電荷排出トランジスタＭ６を制御するための駆動パルスである制御信号ＰＯＦＧが出力される。典型例では、垂直走査回路２０からハイレベルの制御信号ＰＯＦＧが出力されると対応する電荷排出トランジスタＭ６がオンとなり、垂直走査回路２０からローレベルの制御信号ＰＯＦＧが出力されると対応する電荷排出トランジスタＭ６がオフとなる。
【００５４】
第１実施形態では、露光期間の開始時刻を、転送トランジスタＭ１をオンからオフに切り替えるタイミングによって制御する。これに対し、本実施形態のように光電変換部Ｄに接続して電荷排出トランジスタＭ６が設けられた画素構成では、電荷排出トランジスタＭ６の駆動タイミングによって露光期間の開始時刻や終了時刻を制御することも可能である。具体的には、電荷排出トランジスタＭ６がオンの期間に光電変換部Ｄで生成された電荷は排出され、電荷排出トランジスタＭ６がオフの期間に光電変換部Ｄで生成された電荷は蓄積される。したがって、電荷排出トランジスタＭ６の動作を制御することにより、露光期間の設定の自由度を向上することができる。
【００５５】
次に、本実施形態による撮像装置の駆動方法について、図６を用いて説明する。図６は、１フレーム期間における電荷排出トランジスタＭ６、転送トランジスタＭ１，Ｍ２及びリセットトランジスタＭ３の動作を示すタイミングチャートである。
【００５６】
図６には、連続する任意の３行分の駆動パルスを示している。図６中、制御信号ＰＯＦＧは、電荷排出トランジスタＭ６のゲートに供給される制御信号である。図６に示す各制御信号は、ハイレベルのときに対応するトランジスタがオンとなり、ローレベルのときに対応するトランジスタがオフとなる。各制御信号は、制御回路６０による制御のもと垂直走査回路２０から供給される。
【００５７】
時刻Ｔ１より前の期間には、前フレームの蓄積動作が行われている。時刻Ｔ１の直前において、各行の制御信号ＰＴＸ１はハイレベルであり、各行の制御信号ＰＯＦＧ，ＰＴＸ２，ＰＲＥＳはローレベルである。
【００５８】
時刻Ｔ１において、垂直走査回路２０から総ての行の制御線ＴＸ１へと供給される制御信号ＰＴＸ１がハイレベルからローレベルへと遷移し、総ての行の画素１２の転送トランジスタＭ１がオフになる。これにより、前フレームの露光期間が終了する。前フレームの露光期間の間に各画素１２の光電変換部Ｄで生成された電荷は、時刻Ｔ１には総て保持部Ｃ１へと転送されている。時刻Ｔ１は、前フレームの露光期間の終了時刻である。
【００５９】
続く時刻Ｔ２において、垂直走査回路２０から総ての行の制御線ＯＦＧへと供給される制御信号ＰＯＦＧをローレベルからハイレベルへと遷移し、総ての行の画素１２の電荷排出トランジスタＭ６をオンにする。これにより、光電変換部Ｄに蓄積されていた電荷は、電荷排出トランジスタＭ６を介して排出される。制御信号ＰＯＦＧは、時刻Ｔ２から時刻Ｔ８までの期間、ハイレベルのままである。この期間の間に光電変換部Ｄで生成された電荷も、光電変換部Ｄには蓄積されず、電荷排出トランジスタＭ６を介して排出される。本実施形態では、制御信号ＰＯＦＧがローレベルとなる時刻Ｔ６から、光電変換部Ｄにおける電荷の蓄積が開始する。時刻Ｔ６が、次フレームの露光期間の開始時刻となる。
【００６０】
また、時刻Ｔ１以降、第１実施形態と同様にして、各行の画素１２からの読み出し動作を行単位で順次実行する。
【００６１】
総ての行の画素１２から信号を読み出した後、時刻Ｔ９において、総ての行の制御信号ＰＴＸ２及び制御信号ＰＲＥＳをローレベルからハイレベルと遷移し、転送トランジスタＭ２及びリセットトランジスタＭ３をオンにする。これにより、保持部Ｃ１を、転送トランジスタＭ２及びリセットトランジスタＭ３を介して、電圧ＶＲＥＳに応じた所定の電圧にリセットする。
【００６２】
次いで、総ての行の制御信号ＰＴＸ２及び制御信号ＰＲＥＳをハイレベルからローレベルへと遷移して保持部Ｃ１のリセットを解除した後、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間において、総ての行の制御信号ＰＴＸ１をローレベルからハイレベルへと遷移する。これにより、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１１の期間において光電変換部Ｄに蓄積された電荷を、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１へと転送する。すなわち、光電変換部Ｄで生成された電荷は、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１０の期間においては光電変換部Ｄのみに蓄積され、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間においては光電変換部Ｄ及び保持部Ｃ１に蓄積されることになる。時刻Ｔ１１において制御信号ＰＴＸ１がローレベルになることにより露光期間が終了し、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１１の期間に光電変換部Ｄで生成された電荷は、保持部Ｃ１にて保持されることになる。
【００６３】
なお、保持部Ｃ１のリセットは、必ずしも時刻Ｔ９において全行同時に実施する必要はなく、読み出しの終了後、制御信号ＰＴＸ１がハイレベルとなる時刻Ｔ１０までの期間であれば、行毎に任意の期間に実施することができる。保持部Ｃ１のリセットは、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１に電荷を転送する時刻Ｔ１０の直前に実施することが望ましい。
【００６４】
上述の駆動においてグローバル電子シャッタ動作を行う場合には、総ての行において少なくとも、制御信号ＰＯＦＧをローレベルにするタイミング（ここでは時刻Ｔ８）及び制御信号ＰＴＸ１をローレベルにするタイミング（ここでは時刻Ｔ１１）を同じにする。
【００６５】
前述の通り、制御信号ＰＯＦＧがローレベルになるタイミング（ここでは時刻Ｔ８）は露光期間の開始時刻を規定するものであり、所望の露光期間に合わせて自由に設定することができる。また、制御信号ＰＯＦＧは、グローバル電子シャッタ動作を行う場合には、総ての行において同じタイミングで駆動される。そのため、図６における時刻Ｔ８、すなわち制御信号ＰＯＦＧがローレベルになるタイミングが、一部の行の画素１２からの信号の読み出し期間と重なることも起こりうる。このような場合、制御信号ＰＯＦＧの駆動は全行同時であるため、画素アレイの規模によっては、制御信号ＰＯＦＧの駆動によって電源電圧や接地電圧等の電圧が変動し、読み出し中の画素１２の信号に影響を与える可能性がある。そのため、制御信号ＰＯＦＧの立下りのタイミング（時刻Ｔ８）は、読み出し期間、例えばＳ読みのタイミング等のアナログ動作期間には実施しないように調整することが望ましい。
【００６６】
なお、図６に示す駆動例では、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間に制御信号ＰＴＸ１をハイレベルのまま維持しているが、例えば図７に示す駆動例のように、制御信号ＰＴＸ１を複数回に分けて駆動するようにしてもよい。この場合、制御信号ＰＴＸ１がローレベルの期間には光電変換部Ｄにのみ電荷が蓄積され、制御信号ＰＴＸ１がハイレベルの期間には光電変換部Ｄと保持部Ｃ１とに電荷が蓄積される。本駆動例においても、最初に制御信号ＰＴＸ１がハイレベルとなるタイミング（時刻Ｔ１０）よりも前の時刻Ｔ９において、保持部Ｃ１，Ｃ２が所定の電圧にリセットされればよい。
【００６７】
このように、本実施形態の駆動方法では、保持部Ｃ１に保持されている電荷に基づく信号を読み出した後の時刻Ｔ９において、転送トランジスタＭ２及びリセットトランジスタＭ３をオンにして、保持部Ｃ２側から保持部Ｃ１を所定の電圧にリセットする。その後、光電変換部Ｄに蓄積されている電荷を保持部Ｃ１へと転送する。このようにして、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１への電荷の転送前に保持部Ｃ１をリセットすることにより、例えば暗電流によって時刻Ｔ８から時刻Ｔ９の期間に保持部Ｃ１に発生したノイズ成分を排除することができ、より画質を向上することができる。
【００６８】
したがって、本実施形態によれば、グローバル電子シャッタ駆動においてノイズを抑制した良質な画像を取得することができる。
【００６９】
本実施形態による撮像装置のより具体的な動作について、図８を用いて説明する。図８には、第ｎ−１フレーム及び第ｎフレームにおける動作の概略を示している。図６及び図７の時刻Ｔ１〜時刻Ｔ１１に対応する時刻には、図８においても同一の符号を付している。なお、ここでは１秒間に６０フレームの画像を取得する動作（フレームレートが１／６０秒）を想定して説明を行うが、フレームレートは特に限定されるものではない。
【００７０】
時刻Ｔ８において制御信号ＰＯＦＧがハイレベルからローレベルへと制御されることにより、全行同時に光電変換部Ｄのリセットが解除され、第ｎ−１フレームにおける電荷の蓄積が開始する。また、時刻Ｔ１２において制御信号ＰＯＦＧがハイレベルからローレベルへと制御されることにより、全行同時に光電変換部Ｄのリセットが解除され、第ｎフレームにおける電荷の蓄積が開始する。本実施形態では、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１２までの期間が、１フレーム期間に対応する１／６０秒となる。
【００７１】
光電変換部Ｄから保持部Ｃ１に電荷を転送するタイミングよりも前の時刻Ｔ９に、図示しない制御信号ＰＲＥＳとともに制御信号ＰＴＸ２をローレベルからハイレベルへと遷移し、保持部Ｃ１をリセットする。
【００７２】
光電変換部Ｄから保持部Ｃ１への電荷の転送は、時刻Ｔ１０において立ち上がる制御信号ＰＴＸ１の駆動パルスのタイミングと、時刻Ｔ１１に立ち下がる制御信号ＰＴＸ１の駆動パルスのタイミングとにおいて行われる。本駆動例は、図７のタイミングチャートにおいて、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の間に制御信号ＰＴＸ１を２回に分けて駆動する場合に相当する。
【００７３】
第ｎ−１フレームにおいて光電変換部Ｄで生成された電荷は、時刻Ｔ８から時刻Ｔ１１の期間においては光電変換部Ｄに蓄積され、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１３の期間においては保持部Ｃ１に蓄積される。光電変換部Ｄで生成された電荷は、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間には、光電変換部Ｄ及び保持部Ｃ１に蓄積されることになる。なお、時刻Ｔ１３は、第ｎ−１フレームの時刻Ｔ９に対応する第ｎフレームの時刻である。
【００７４】
本駆動例では、時刻Ｔ１０において立ち上がる制御信号ＰＴＸ１の駆動パルスのタイミングを、時刻Ｔ８と時刻Ｔ１１との間隔で決まる露光期間の中間付近に設定している。時刻Ｔ８から時刻Ｔ１０までの期間に光電変換部Ｄに蓄積していた電荷は時刻Ｔ１０に保持部Ｃ１へと転送するため、光電変換部Ｄに蓄積可能な電荷の量（飽和電荷量）は、画素１２の飽和電荷量、すなわち保持部Ｃ１の飽和電荷量のおよそ半分でよい。
【００７５】
したがって、本構成を適用することで、光電変換部Ｄの面積は保持部Ｃ１の面積のおよそ半分にすることができ、画素１２の面積を縮小することが可能になる。時刻Ｔ８から時刻Ｔ１０までの期間を時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間よりも短くすれば、光電変換部Ｄの飽和電荷量を更に小さくすることも可能である。なお、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間においては、例えば図６に示す駆動例のように、制御信号ＰＴＸ１をハイレベルに固定してもよい。
【００７６】
時刻Ｔ１２以降、光電変換部Ｄでは、第ｎフレームの蓄積動作を開始する。光電変換部Ｄで生成された電荷は、次に制御信号ＰＴＸ１がハイレベルとなる時刻Ｔ１４までは、光電変換部Ｄのみに蓄積される。
【００７７】
時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１３までの期間には、制御信号ＰＴＸ２を制御し、第ｎ−１フレームの信号を行毎に順次読み出す。第ｎ−１フレームの信号の読み出し期間は、第ｎフレームの電荷を光電変換部Ｄのみで蓄積している期間であり、本駆動例では１フレーム期間の半分、つまり１／１２０秒となる。全行の信号読み出し動作が完了したのち、時刻Ｔ１３において保持部Ｃ１のリセットを実施し、時刻Ｔ１４において制御信号ＰＴＸ１をハイレベルにすることにより、第ｎフレームの電荷を保持部Ｃ１へと転送する。
【００７８】
このようにして、保持部Ｃ１への電荷の転送回数及び読み出し時間を制御することで、画素１２の飽和電荷量を向上しつつ、レイアウト面積を最小化することができる。保持部Ｃ１のリセット動作は、光電変換部Ｄから保持部Ｃ１へと電荷の転送を行う最初のタイミングよりも前、つまり本駆動例では時刻Ｔ１０よりも前の時刻Ｔ９に実施すればよい。
【００７９】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図９乃至図１１を用いて説明する。第１及び第２実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
【００８０】
図９及び図１０は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。図１１は、本実施形態の変形例による撮像装置の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【００８１】
本実施形態では、第２実施形態による撮像装置の他の駆動方法を説明する。本実施形態による撮像装置の駆動方法は、保持部Ｃ１のリセットを行うタイミングが、第２実施形態による撮像装置の駆動方法とは異なっている。
【００８２】
すなわち、本実施形態の駆動方法は、図９に示すように、制御信号ＰＴＸ２及び制御信号ＰＲＥＳにより実施される保持部Ｃ１のリセット動作を、行毎に、信号読み出し動作の終了後に実施している点で、第２実施形態の駆動方法とは異なっている。
【００８３】
本実施形態の駆動方法では、各行の読み出し動作を、例えば図１０に示すタイミングチャートに従って実施する。図１０中、制御信号ＰＳＥＬは、選択トランジスタＭ５に供給される制御信号である。制御信号ＰＲＥＳは、リセットトランジスタＭ３に供給される制御信号である。制御信号ＰＴＸ２は、転送トランジスタＭ２に供給される制御信号である。図１０の動作では、画素１２の選択、リセット、ノイズ信号の読み出し（Ｎ読み）、保持部Ｃ１から保持部Ｃ２への電荷の転送、光信号の読み出し（Ｓ読み）、保持部Ｃ１のリセット、を順次行う。つまり、本実施形態の駆動方法では、１水平期間の間に、信号の読み出しと、保持部Ｃ１のリセットとを行う。
【００８４】
このように、本実施形態の駆動方法では、図４に示した読み出し動作と同様にして光信号を読み出した後、時刻Ｔ７において画素１２の選択を解除する前に、時刻Ｔ６において、保持部Ｃ２を介して保持部Ｃ１のリセットを行う。時刻Ｔ６において行う保持部Ｃ１のリセット動作は、全行一括ではなく選択行の画素１２に対してのみ行う点を除き、第２実施形態の駆動方法で時刻Ｔ９において行う保持部Ｃ１のリセット動作と同様である。
【００８５】
上記動作により、総ての行に対して信号の読み出し動作及び保持部Ｃ１のリセットを順次行った後、第２実施形態と同様にして、時刻Ｔ８以降の信号の蓄積動作を開始する。
【００８６】
本実施形態の駆動方法においても、第２実施形態の場合と同様、例えば図１１に示すように、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１の期間に、制御信号ＰＴＸ１を複数回に分けて駆動するようにしてもよい。この場合、制御信号ＰＴＸ１がローレベルの期間には光電変換部Ｄにのみ電荷が蓄積され、制御信号ＰＴＸ１がハイレベルの期間には光電変換部Ｄと保持部Ｃ１とに電荷が蓄積される。本駆動例においても、最初に制御信号ＰＴＸ１がハイレベルとなるタイミング（時刻Ｔ１０）よりも前の時刻Ｔ６において、保持部Ｃ１，Ｃ２が所定の電圧にリセットされればよい。
【００８７】
本実施形態の駆動方法によれば、各行で、保持部Ｃ１をリセットしてから、制御信号ＰＴＸ２を駆動して保持部Ｃ１から信号を読み出すまでの期間がほぼ等しくなる。そのため、保持部Ｃ１において例えば暗電流等のノイズが発生した場合においても、その発生量が各行でほぼ等しくなり、画面内でムラが発生するのを抑制できる。
【００８８】
このように、本実施形態によれば、グローバル電子シャッタ駆動においてノイズやムラを抑制した良質な画像を取得することができる。
【００８９】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像システムについて、図１２を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。図１２は、本実施形態による撮像システムの構成を示すブロック図である。
【００９０】
上記第１乃至第３実施形態で述べた撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１２には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【００９１】
図１２に例示した撮像システム２００は、撮像装置１００、被写体の光学像を撮像装置１００に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置１００に光を集光する光学系である。撮像装置１００は、第１乃至第５実施形態で説明した撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【００９２】
撮像システム２００は、また、撮像装置１００より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、撮像装置１００が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換を行う。また、信号処理部２０８はその他、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。信号処理部２０８の一部であるＡＤ変換部は、撮像装置１００が設けられた半導体基板に形成されていてもよいし、撮像装置１００とは別の半導体基板に形成されていてもよい。また、撮像装置１００と信号処理部２０８とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。
【００９３】
撮像システム２００は、さらに、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を有する。さらに撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【００９４】
さらに撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置１００と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置１００と、撮像装置１００から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【００９５】
撮像装置１００は、撮像信号を信号処理部２０８に出力する。信号処理部２０８は、撮像装置１００から出力される撮像信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。信号処理部２０８は、撮像信号を用いて、画像を生成する。
【００９６】
第１乃至第３実施形態による撮像装置１００を適用することにより、グローバル電子シャッタ駆動においてノイズやムラの少ない良質な画像を取得しうる撮像システムを実現することができる。
【００９７】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像システム及び移動体について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【００９８】
図１３（ａ）は、車戴カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第３実施形態のいずれかに記載の撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差算出部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離計測部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差算出部３１４や距離計測部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【００９９】
撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【０１００】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図１３（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、上述の第１乃至第３の実施形態に記載した動作を行うように撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。撮像装置３１０の動作は、第１乃至第３の実施形態と同じなので、ここでは説明を省略する。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【０１０１】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。さらに、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１０２】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１０３】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【０１０４】
また、上記実施形態では、撮像装置をグローバル電子シャッタ駆動する場合について述べたが、本発明は撮像装置をローリング電子シャッタ駆動する場合においても同様に適用可能である。
【０１０５】
また、上記実施形態では、画素アレイの総ての行の画素から信号を読み出す場合を例にして説明したが、必ずしも総ての行の総ての画素から信号を読み出す必要はない。画素アレイから出力する信号の数は、出力する画像のフォーマットによって変更されうる。例えば動画の撮影であれば、１フレームに用いられる水平ラインの数だけ信号が出力されればよい。このような実施形態では、撮像装置が備える画素の全部から信号が出力されなくてもよい。
【０１０６】
また、第４及び第５実施形態に示した撮像システムは、本発明の撮像装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の撮像装置を適用可能な撮像システムは図１２及び図１３に示した構成に限定されるものではない。
【０１０７】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
Ｄ…光電変換部
Ｍ１，Ｍ２…転送トランジスタ
Ｍ３…リセットトランジスタ
Ｍ４…増幅トランジスタ
Ｍ５…選択トランジスタ
Ｍ６…電荷排出トランジスタ
１２…画素
２０…垂直走査回路
３０…読み出し回路
４０…水平走査回路
５０…出力回路
６０…制御回路
１００…撮像装置
【図１】
2018098690.tif 000003
【図２】
2018098690.tif 000004
【図３】
2018098690.tif 000005
【図４】
2018098690.tif 000006
【図５】
2018098690.tif 000007
【図６】
2018098690.tif 000008
【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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