(57)【要約】【課題】破綻が生じない高画質な画像を得ることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】垂直走査回路300は、露光開始から次の露光開始までの期間である単位期間において、画素部200の画素100を複数に分割した分割領域毎に光信号を読み出し、分割領域のうち、一部の分割領域のみ電荷保持部をリセットし、リセットを行った電荷保持部からリセット信号を読み出し、且つリセット信号を読み出す分割領域を単位期間毎に変更する制御を行う。減算器620は、光信号と直前の単位期間で読み出した光信号もしくはリセット信号との差分をとった信号から撮像信号を生成する。レベル制御部700は、同一の分割領域について、リセット信号を読み出した後、次にリセット信号を読み出すまでに光信号を読み出したフレームの数に応じたレベルとなるように、フォトダイオードの蓄積可能な容量を制御する。【選択図】図１
2011142434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷をリセットする第１のリセット部と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を保持する電荷保持部と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を前記電荷保持部に転送する転送部と、前記電荷保持部に保持された信号電荷をリセットする第２のリセット部とを備えた画素を２次元状に配列した画素部を有し、
所定領域の全画素の前記光電変換素子を一括してリセットし、当該リセットから露光期間が経過した後に、前記光電変換素子に蓄積された前記信号電荷を前記全画素で一括して前記電荷保持部に転送した後に、前記電荷保持部に転送された前記信号電荷に応じた光信号を読み出すことを連続して行う固体撮像装置であって、
露光開始から次の露光開始までの期間である単位期間において、前記画素部の画素を複数に分割した分割領域毎に前記光信号を読み出し、前記分割領域のうち、一部の分割領域のみ前記電荷保持部をリセットし、当該リセットを行った前記電荷保持部からリセット信号を読み出し、且つ前記リセット信号を読み出す分割領域を前記単位期間毎に変更する制御を行う信号読出し制御部と、
前記光信号と直前の前記単位期間で読み出した前記光信号もしくは前記リセット信号との差分をとった信号から撮像信号を生成する差分処理部と、
同一の分割領域について、前記リセット信号を読み出した後、次に前記リセット信号を読み出すまでに前記光信号を読み出したフレームの数に応じたレベルとなるように、前記光電変換素子の蓄積可能な容量を制御する蓄積容量制御部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記蓄積容量制御部は、前記光電変換素子に蓄積された前記信号電荷を、前記電荷保持部に転送する前に前記第１のリセット部を介してオーバーフローさせることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記リセット信号の読み出し後、当該リセット信号を読み出した前記分割領域の前記光信号のみを複数の前記単位期間で連続して読み出す場合に、画素の出力をクリップすると共に当該クリップのレベルを前記単位期間毎に可変可能なクリップ部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素が配置された固体撮像装置に関し、より詳細には、グローバルシャッター機能を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、MOS型固体撮像装置として、全画素の露光開始時刻と露光終了時刻を同一、すなわち全画素の露光期間を同一にするグローバルシャッター方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。図６は、グローバルシャッター方式のMOS型固体撮像装置の画素構成を示している。図６において、単一の画素100は、フォトダイオード101、転送トランジスタ102、電荷保持部（FD）103、FDリセットトランジスタ104、増幅トランジスタ105、選択トランジスタ106、及びPDリセットトランジスタ107を備えている。
【０００３】
フォトダイオード101 は、入射光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換素子である。転送トランジスタ102 は、フォトダイオード101 に蓄積された信号電荷を電荷保持部103 （FD）に転送するためのトランジスタである。電荷保持部103は、フォトダイオード101から転送トランジスタ102によって転送された信号電荷を保持する。FDリセットトランジスタ104は、電荷保持部103 内の信号電荷をリセットするためのトランジスタである。増幅トランジスタ105 は、電荷保持部103 の電圧レベルを増幅し、画素信号として出力するためのトランジスタである。選択トランジスタ106 は、信号電荷を読み出す画素として画素100が選択された場合に垂直信号線114 へ画素信号を出力するためのトランジスタである。PDリセットトランジスタ107は、フォトダイオード101内の信号電荷をリセットするためのトランジスタである。ここで、フォトダイオード101 以外は遮光されている。
【０００４】
また、画素100内には、垂直信号線114のほか、画素電源線110、FDリセット線111、転送線112、選択線113、及びPDリセット線115が配置されている。画素電源線110 は、電源電圧VDDを印加するための信号線であり、増幅トランジスタ105 のドレイン側、PDリセットトランジスタ107のドレイン側、及びFDリセットトランジスタ104 のドレイン側に電気的に接続されている。FDリセット線111 は、1行分の電荷保持部103をリセットするためのFDリセットパルスφRMi（i=1〜m、mは行数）を印加するための信号線であり、1行分のFDリセットトランジスタ104 のゲートに接続されている。
【０００５】
転送線112 は、1行分の画素の信号電荷をそれぞれの画素の電荷保持部103 に転送するための行転送パルスφTRi（i=1〜m）を印加するための信号線であり、1行分の画素の転送トランジスタ102 のゲートに電気的に接続されている。選択線113 は、画素信号を読み出す1行分の画素を選択するための行選択パルスφSEi（i=1〜m）を印加するための信号線であり、1行分の画素の選択トランジスタ106 のゲートに電気的に接続されている。このように5個のトランジスタを用いた画素構成により、光電変換機能、リセット機能、増幅読出し機能、一時メモリ機能、及び選択機能が実現される。
【０００６】
図７は、MOS型固体撮像装置の構成を示している。図７に示す固体撮像装置は、画素部200、垂直走査回路300、水平信号読出し回路400、電流源150、列処理回路350、ADC （AD（Analog to Digital）コンバータ）500、及びノイズ抑圧回路600を備えている。
【０００７】
画素部200は、図６に示した画素100を3×3の2次元状に配列した構造を有する。垂直走査回路300は行単位で画素部200の駆動制御を行う。この駆動制御を行うために、垂直走査回路300は、行数と同じ数の単位回路301-1，301-2，301-3から構成されている。また、各単位回路は、制御部302-i，303-i，304-i，305-i（i=1,2,3）から構成されている。
【０００８】
制御部302-i は、1行分の電荷保持部103をリセットするためのFDリセットパルスφRMi（i=1,2,3）を行毎に独立して制御する。制御部303-i は、1行分の画素100の信号電荷をそれぞれの画素100の電荷保持部103 に転送するための行転送パルスφTRi（i=1,2,3）を行毎に独立して制御する。制御部304-i は、1行分のフォトダイオード101をリセットするためのPDリセットパルスφRPDi（i=1,2,3）を行毎に独立して制御する。制御部305-i は、信号を読み出す1行分の画素100を選択するための行選択パルスφSEi（i=1,2,3）を行毎に独立して制御する。行選択パルスφSEiにより選択された行の画素100の信号は、列毎に設けられている垂直信号線114へ出力されるようになっている。
【０００９】
電流源150は垂直信号線114に接続されており、画素100内の増幅トランジスタ105とソースフォロア回路を構成する。列処理回路350は、垂直信号線114に出力される画素信号に対してクランプ動作や増幅動作を行う回路である。水平信号読出し回路400は、垂直信号線114に出力され列処理回路350によって処理された1行分の画素100の画素信号を水平方向の並びの順で時系列に出力端子410から出力する。ADC500は、出力端子410から出力された信号をA/D変換する。
【００１０】
ノイズ抑圧回路600は、ADC500から出力された信号のノイズを抑圧する。このノイズ抑圧回路600は、フレームメモリ610と減算器620とで構成されている。フレームメモリ610は、ADC500でA/D変換された信号を記憶する。減算器620は、ADC500でA/D変換された信号から、フレームメモリ610に記憶されている信号を減算し、撮像信号を生成する。
【００１１】
図７では、FDリセット線111、転送線112、選択線113、垂直信号線114、及びPDリセット線115は図示されているが、電源電圧VDDを供給する画素電源線110は図示されていない。
【００１２】
次に、図７に示した固体撮像装置をデジタルカメラなどに適用し、静止画の撮像を行う場合のグローバルシャッター読出しの動作を、図８に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。固体撮像装置が撮像開始の信号を受け取ると、まず、全行のPDリセットパルスφRPDiが“H”レベル、FDリセットパルスφRMiが“L”レベル、行転送パルスφTRiが“L”レベル、行選択パルスφSEiが“L”レベルとなり、PDリセットトランジスタ107がオンとなることで、全画素のフォトダイオード101がリセット状態となる。PDリセットパルスφRPDi、FDリセットパルスφRMi、行転送パルスφTRi、及び行選択パルスφSEiは垂直走査回路300から出力される。
【００１３】
続いて、1行目のFDリセットパルスφRM1が“H”レベルとなり、1行目のFDリセットトランジスタ104がオンとなることで、1行目の電荷保持部103がリセット状態となる。そして、1行目のFDリセットパルスφRM1が“Ｌ”レベルとなり、1行目のFDリセットトランジスタ104がオフとなった後、1行目の行選択パルスφSE1が“Ｈ”レベルとなり、1行目の選択トランジスタ106がオンとなることで、1行目の電荷保持部103のリセットレベルが、列処理回路350を介して水平信号読出し回路400に出力され、リセットレベルに応じたリセット信号が水平信号読出し回路400の出力端子410から水平方向の並びの順で時系列に出力される。出力された1行目のリセット信号は、ADC500によりA/D変換され、フレームメモリ610に保持される。リセット信号の読み出し後、1行目の行選択パルスφSE1が“Ｌ”レベルとなり、1行目の選択トランジスタ106がオフとなる。
【００１４】
続いて、2行目、3行目についても1行目と同様の動作が行われ、全画素のリセット信号が読み出される。
【００１５】
続いて、全行のPDリセットパルスφRPDiが“L”レベルとなり、PDリセットトランジスタ107がオフとなることで、フォトダイオード101は蓄積を開始する。所望の蓄積時間が経過すると、全行の行転送パルスφTRiが“H”レベルとなり、全画素の転送トランジスタ102がオンとなることで、全画素のフォトダイオード101に蓄積された信号電荷が電荷保持部103に転送される。フォトダイオード101が蓄積を開始してから電荷保持部103への信号電荷の転送が終了するまでの期間が蓄積期間（図８の矢印で示す露光期間）である。また、信号電荷の転送動作が終了した直後に、全行の行転送パルスφTRiが“Ｌ”レベルとなり、全画素の転送トランジスタ102がオフとなると共に、全行のPDリセットパルスφRPDiが“H”レベルとなり、全画素のフォトダイオード101がリセット状態となる。
【００１６】
続いて、1行目の行選択パルスφSE1が“Ｈ”レベルとなり、1行目の画素から信号電荷に応じた光信号レベルが、列処理回路350を介して水平信号読出し回路400に出力され、光信号が水平信号読出し回路400の出力端子410から水平方向の並びの順で時系列に出力される。出力された1行目の光信号は、ADC500によりA/D変換され、減算器620に入力される。減算器620は、1行目の光信号と、フレームメモリ610に保持されている1行目の電荷保持部103のリセット信号との差分をとることで、露光期間中にフォトダイオード101に蓄積された信号電荷に対応した光信号成分のみを取り出す。この動作では、電荷保持部103のリセットノイズを除去することが可能であるので、高S/Nの信号を得ることができる。光信号の読み出し後、1行目の行選択パルスφSE1が“Ｌ”レベルとなる。
【００１７】
続いて、2行目、3行目についても1行目と同様な動作が行われ、全画素の光信号が読み出され、リセット信号との差分をとることで高S/Nの光信号成分のみが取り出される。光信号成分からなる撮像信号は図示しない画像処理回路に入力されて処理され、最終的な静止画の画像を得ることができる。このように、図７に示す固体撮像装置によれば、全行の信号蓄積の開始と終了のタイミングが同時となるグローバルシャッター動作を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００５−６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
静止画の画像を1枚取得する場合の動作は、図８のタイミングチャートに示したようになる。一方、連続撮影（連写）を行う場合は、図９に示すように、図８に示した動作を繰り返し行うことになるため、撮影毎にリセット信号の読出しと光信号の読出しをそれぞれ行わなければならず、連写の間隔は、全画素から信号を読み出すために必要な時間の2倍以上となってしまう。図９では、1フレーム目と2フレーム目、3フレーム目と4フレーム目、・・・、7フレーム目と8フレーム目の信号読出しによりそれぞれ1回の撮影が構成され、連写速度を上げることが困難である。この連写速度を向上させるために、非破壊読出しを利用してリセット信号の読出し期間を短くする方法が考えられる。以下、この方法を、図１０のタイミングチャートを用いて説明する。
【００２０】
図１０において、1枚目の撮影動作は図９と同じであるが、2枚目以降の撮影動作とフレームメモリ610への保持動作が異なる。2フレーム目で読み出された光信号は、減算器620に入力されると共にフレームメモリ610に上書き保持される。減算器620では、2フレーム目で読み出された光信号と、1フレーム目で読み出されたリセット信号との差分がとられ、撮像信号として出力される。その後、1行目のみFDリセットパルスφRM1及び行選択パルスφSE1の駆動が行われ、電荷保持部103のリセットレベルの読出しとフレームメモリ610への上書き保持動作が行われる。続いて、全行のPDリセットパルスφRPDiが“L”レベルとなり、フォトダイオード101は蓄積を開始する。所望の蓄積時間が経過すると、全行の行転送パルスφTRiが“H”レベルとなり、全画素のフォトダイオード101に蓄積された信号電荷が電荷保持部103に転送される。
【００２１】
続いて、3フレーム目では、光信号の読出し動作、光信号とフレームメモリ610に保持された信号との差分をとる動作、及びフレームメモリ610への上書き保持動作が行われる。2フレーム目で1行目の電荷保持部103がリセットされているので、3フレーム目で1行目から読み出される光信号は、2回目の露光期間でフォトダイオード101に蓄積された信号電荷に対応した信号となる。一方、2フレーム目で2行目と3行目の電荷保持部103はリセットされず、非破壊読み出し動作が行われるので、3フレーム目で2行目と3行目から読み出される光信号は、2フレーム目で読み出された光信号と、2回目の露光期間でフォトダイオード101に蓄積された信号電荷に対応した光信号との和となる。
【００２２】
フレームメモリ610には、2フレーム目で読み出された1行目のリセット信号、及び2フレーム目で読み出された2行目と3行目の光信号が保持されている。このため、3フレーム目で読み出された光信号と、フレームメモリ610に上書き保持された信号との差分をとることにより、2回目の露光期間でフォトダイオード101に蓄積された信号電荷に対応した撮像信号を得ることができる。また、3フレーム目では、2行目のみ電荷保持部103がリセットされ、リセット信号の読出し動作とフレームメモリ610への上書き保持動作とが行われる。
【００２３】
4フレーム目では、光信号の読出し動作、光信号とフレームメモリ610に保持された信号との差分をとる動作、フレームメモリ610への光信号の上書き保持動作、3行目のみ電荷保持部103のリセット動作、リセット信号の読出し動作、フレームメモリ610へのリセット信号の上書き保持動作が行われる。
【００２４】
5フレーム以降は、同様な動作が繰り返し行われる。従って、各画素では、電荷保持部103がリセットされた後に非破壊読み出しを利用して光信号が3回読み出されることとなる。また、電荷保持部103のリセット動作を1行ずつ異なるフレームで行うことにより、各フレームの光信号読出し期間とリセット信号読出し期間を同一にしながら、リセット信号を読み出す期間を減らすことができるので、連写速度を向上させることが可能となる。なお、ここでは、行数が3行の場合を示したが、画素数が多い場合は、画素領域を複数の領域に分割し、分割した領域の画素をフレーム毎に変えて電荷保持部103のリセット動作を行うことで同様な効果が得られる。
【００２５】
しかしながら、図１０に示した動作においては、非破壊読み出しを利用し、現フレームで読み出した光信号と前フレームで読み出した光信号との差分をとるため、非破壊読み出し中にフォトダイオード101もしくは電荷保持部103で信号が飽和すると、それ以降の信号が有効では無くなり、差分処理後の信号が破綻してしまう。例えば、非破壊読み出しにより信号を3回読み出す場合、図１１（ａ）に示すように、1〜3回目の光信号出力がいずれも飽和していない時は、差分処理により、露光に対応した信号を正しく得ることができる。一方、図１１（ｂ）に示すように、2,3回目の光信号出力が飽和している時は、1回目の光信号は正しいが、2回目の光信号は、出力が飽和しなければさらに出力が大きくなると考えられるため、正しくない可能性がある。また、3回目の光信号は、2回目で出力が飽和してしまっているため正しい信号ではない。 
【００２６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、破綻が生じない高画質な画像を得ることができる固体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】
【００２７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、光電変換素子と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷をリセットする第１のリセット部と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を保持する電荷保持部と、前記光電変換素子に蓄積された信号電荷を前記電荷保持部に転送する転送部と、前記電荷保持部に保持された信号電荷をリセットする第２のリセット部とを備えた画素を２次元状に配列した画素部を有し、所定領域の全画素の前記光電変換素子を一括してリセットし、当該リセットから露光期間が経過した後に、前記光電変換素子に蓄積された前記信号電荷を前記全画素で一括して前記電荷保持部に転送した後に、前記電荷保持部に転送された前記信号電荷に応じた光信号を読み出すことを連続して行う固体撮像装置であって、露光開始から次の露光開始までの期間である単位期間において、前記画素部の画素を複数に分割した分割領域毎に前記光信号を読み出し、前記分割領域のうち、一部の分割領域のみ前記電荷保持部をリセットし、当該リセットを行った前記電荷保持部からリセット信号を読み出し、且つ前記リセット信号を読み出す分割領域を前記単位期間毎に変更する制御を行う信号読出し制御部と、前記光信号と直前の前記単位期間で読み出した前記光信号もしくは前記リセット信号との差分をとった信号から撮像信号を生成する差分処理部と、同一の分割領域について、前記リセット信号を読み出した後、次に前記リセット信号を読み出すまでに前記光信号を読み出したフレームの数に応じたレベルとなるように、前記光電変換素子の蓄積可能な容量を制御する蓄積容量制御部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【００２８】
また、本発明の固体撮像装置において、前記蓄積容量制御部は、前記光電変換素子に蓄積された前記信号電荷を、前記電荷保持部に転送する前に前記第１のリセット部を介してオーバーフローさせることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の固体撮像装置は、前記リセット信号の読み出し後、当該リセット信号を読み出した前記分割領域の前記光信号のみを複数の前記単位期間で連続して読み出す場合に、画素の出力をクリップすると共に当該クリップのレベルを前記単位期間毎に可変可能なクリップ部をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、同一の分割領域について、リセット信号を読み出した後、次にリセット信号を読み出すまでに光信号を読み出したフレームの数に応じたレベルとなるように、光電変換素子の蓄積可能な容量を制御する。これによって、露光期間中に光電変換素子に蓄積される信号電荷が所定量を超えないようにすると共に、非破壊読み出しにより複数回の読出しを行っても信号が飽和しないようにすることが可能となる。このため、破綻が生じない高画質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態において、フォトダイオードの蓄積可能な容量を制御する方法を説明するための参考図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による固体撮像装置が備えるクリップ部の構成を示す部分回路図である。
【図６】固体撮像装置が有する画素の構成を示す回路図である。
【図７】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図９】従来の固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】リセット信号の読出し期間を短くした固体撮像装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】画素から読み出される光信号のレベルを示す参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による固体撮像装置の構成を示している。図１に示す固体撮像装置は、画素部200、垂直走査回路300、水平信号読出し回路400、電流源150、列処理回路350、ADC500、ノイズ抑圧回路600、及びレベル制御部700を備えている。図１に示す構成は、図７に示す構成に対してレベル制御部700を加えた構成となっている。他の構成については、前述した通りである。また、画素100の構成は、図６に示した通りである。本実施形態では、画素領域を複数に分割した分割領域が行に対応しているが、この限りではない。
【００３４】
レベル制御部700は、PDリセットパルスΦRPDの出力レベルを制御することによって、フォトダイオード101に蓄積可能な信号電荷の容量を制御する。より具体的には、レベル制御部700は、同一行について、リセット信号を読み出した後、次にリセット信号を読み出すまでに光信号を読み出したフレームの数に応じたレベルとなるように、フォトダイオード101に蓄積可能な信号電荷の容量を制御する。本実施形態では、各行について、Nフレーム目におけるリセット信号の読出しと、N+3フレーム目におけるリセット信号の読出しとの間に非破壊読出しにより光信号が3回読み出されるので、フォトダイオード101に蓄積される信号電荷数が飽和電荷数の1/3以下となるように制御される。
【００３５】
次に、図２のタイミングチャートを用いて、図１に示した固体撮像装置の動作を説明する。図２のタイミングチャートは、図１０に対して、露光期間中のPDリセットパルスΦRPDiのレベルが異なるのみであるので詳細な説明は省略する。前述したように、画素部200では、垂直走査回路300が出力する各パルスによって、露光開始から次の露光開始までの単位期間である1フレームにおいて、行毎に光信号を読み出し、その後、一部の行のみ電荷保持部103をリセットしてリセット信号を読み出す制御が行われると共に、リセット信号を読み出す行をフレーム毎に変更する制御が行われる。また、図１０においては、露光期間中のPDリセットパルスΦRPDiのレベルは、PDリセットトランジスタ107がオフするレベルであったが、図２の露光期間中のPDリセットパルスΦRPDiのレベルは、PDリセットトランジスタ107がオンするレベルとオフするレベルの中間レベル（以下、中間電位と記載する）となっている。
【００３６】
このように、露光期間中のPDリセットパルスΦRPDのレベルを中間電位にすると、図３のポテンシャル図に示すように、PDリセットトランジスタ107のゲート電極下のポテンシャルが高くなる。このため、このポテンシャルで決まる量以上の信号電荷は、PDリセットトランジスタ107を介して電源VDD側に排出され、フォトダイオード101はオーバーフロー動作をする。従って、フォトダイオード101に蓄積される最大の電荷数は本来の飽和電荷数よりも少ない電荷数となる。この最大蓄積電荷数は、PDリセットパルスΦRPDのレベルを制御することで制御可能である。本実施形態では、電荷保持部103をリセットした後、次に電荷保持部103をリセットするまでに非破壊読出しにより光信号を3回読み出すこととなるので、フォトダイオード101に蓄積される最大の電荷数を、本来の飽和電荷数の1/3以下となるように制御すればよいこととなる。
【００３７】
上記動作によれば、1〜3回の露光期間中でフォトダイオード101に蓄積される信号電荷は、それぞれ本来の飽和電荷数の1/3以下となる。従って、1回目の光信号出力は本来の飽和出力の1/3以下となり、2回目の光信号出力は本来の飽和出力の2/3以下となり、3回目の光信号出力は本来の飽和出力以下となる。このため、1回目の光信号とリセット信号、2回目の光信号と1回目の光信号、3回目の光信号2回目の光信号の差分をとっても破綻のない正しい信号を得ることが可能となる。よって、本実施形態によれば、破綻が生じない高画質な画像を得ることができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、簡易的に画素が3行3列の場合を説明したが、これに限るものではなく、目的を逸脱しない範囲での変更が可能である。例えば、画素数が多い場合は、画素領域を複数に分割し、分割した領域の画素をフレーム毎に変えて電荷保持部103のリセット動作を行うことも可能である。また、信号を読み出す順序及び電荷保持部103をリセットする順序を1行目、2行目、3行目の順としているが、順序はこれに限ったものではない。さらに、PDリセットパルスΦRPDのレベルを制御することによりフォトダイオード101の蓄積容量の制御を行っているが、この方法に限らず、例えばPDリセットトランジスタ107の電源を画素電源と独立させ、その電位を制御することも可能であるし、転送トランジスタ102およびFDリセットトランジスタ104を介して制御することも可能である。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は、本実施形態による固体撮像装置の構成を示している。図４に示す構成は、図１に示す構成に対して、クリップ部800を加えた構成となっている。他の構成については、前述した通りである。本実施形態では、画素領域を複数に分割した分割領域が行に対応しているが、この限りではない。
【００４０】
クリップ部800は、図5に示すように、垂直信号線114にMOSトランジスタを接続し、垂直信号線114の信号レベルをクリップするようにMOSトランジスタにクリップ電源VCLおよび制御信号ΦCLが入力される構成となっている。垂直信号線114の信号レベルがクリップ電源VCLのレベルに到達するまでは、垂直信号線114の信号レベルが列処理回路350に出力される。垂直信号線114の信号レベルがクリップ電源VCLのレベルを超えようとすると、クリップ部800によって垂直信号線114の信号レベルはクリップ電源VCLのレベルにクリップされ、このレベルが列処理回路350に出力される。クリップのレベルはフレーム毎に制御される。
【００４１】
図４に示す固体撮像装置の動作は、第１の実施形態における図２に示す動作と同様なので、詳細な説明は省略する。本実施形態では、電荷保持部103をリセットした後、次に電荷保持部103をリセットするまでに非破壊読出しにより光信号の読出しを3回行うが、光信号の読出し回数に応じて、クリップ部800でクリップするレベル（以下、クリップレベルと記載する）が以下のように制御される。すなわち、クリップレベルが、1回目の光信号読出し期間では本来の飽和出力の1/3に、2回目の光信号読出し期間では本来の飽和出力の2/3に、3回目の光信号読出し期間では本来の飽和出力になるように制御される。
【００４２】
上記動作によれば、第１の実施形態で説明した通り、PDリセットパルスΦRPDのレベルを中間電位にすることにより、1回目の光信号出力は本来の飽和出力の1/3以下となり、2回目の光信号出力は本来の飽和出力の2/3以下となり、3回目の光信号出力は本来の飽和出力以下となる。仮に光漏れなどにより電荷保持部103にノイズが混入して、想定した以上のレベルの出力が現われても、クリップ部800により画素出力は想定したレベル以下となる。従って、1回目の光信号とリセット信号、2回目の光信号と1回目の光信号、3回目の光信号と2回目の光信号の差分をとっても破綻のない正しい信号を得ることが可能となる。よって、本実施形態によれば、破綻が生じない高画質な画像を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、簡易的に画素が3行3列の場合を説明したが、これに限るものではなく、目的を逸脱しない範囲での変更が可能である。例えば、画素数が多い場合は、画素領域を複数に分割し、分割した領域の画素をフレーム毎に変えて電荷保持部103のリセット動作を行うことも可能である。また、信号を読み出す順序及び電荷保持部103をリセットする順序を1行目、2行目、3行目の順としているが、順序はこれに限ったものではない。また、クリップ部800は、光信号の読出し回数に応じてクリップレベルを制御できるものであればよく、図5に示した構成である必要はないことは言うまでもない。
【００４４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
100・・・画素、101・・・フォトダイオード（光電変換素子）、102・・・転送トランジスタ（転送部）、103・・・電荷保持部、104・・・ FDリセットトランジスタ（第２のリセット部）、105・・・増幅トランジスタ、106・・・選択トランジスタ、107・・・ PDリセットトランジスタ（第１のリセット部）、150・・・電流源、200・・・画素部、300・・・垂直走査回路（信号読出し制御部）、350・・・列処理回路、400・・・水平信号読出し回路、500・・・ ADC、600・・・ノイズ抑圧回路、610・・・フレームメモリ、620・・・減算器（差分処理部）、700・・・レベル制御部（蓄積容量制御部）、800・・・クリップ部
【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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