(57)【要約】【課題】フォトダイオードに蓄積された信号電荷に基づく光信号に加わる、信号電荷および暗電流によるノイズを低減することができる固体撮像装置およびその駆動方法を提供する。【解決手段】露光期間外にフォトダイオードのリセットが行われ、露光期間の開始時に所定領域の全画素のフォトダイオードのリセットが同時に解除される。露光期間において、電荷保持部のリセットが行われ、その後、画素からノイズ成分が出力される。露光期間の終了後に所定領域の全画素のフォトダイオードの信号電荷が同時に読み出され、画素から信号成分が出力される。【選択図】図１
2011211448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部と、
前記光電変換部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、
前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部を通して読み出された前記信号電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷保持部に保持された前記信号電荷を増幅する増幅部と、
前記電荷保持部に保持された前記信号電荷をリセットする第２のリセット部と、
特定の画素を選択する選択部と、
を備えた画素が２次元状に配列され、露光期間外に前記第１のリセット部にリセットを行わせ、前記露光期間の開始時に所定領域の全画素の前記第１のリセット部によるリセットを同時に解除し、前記露光期間の終了後に前記所定領域の全画素の前記読み出し部に同時に前記信号電荷を読み出させる固体撮像装置の駆動方法であって、
前記露光期間において、前記第２のリセット部にリセットを行わせる第１のステップと、
前記露光期間において、前記第２のリセット部によるリセットの後、前記増幅部の出力を画素から出力させる第２のステップと、
前記露光期間の終了後、前記読み出し部によって読み出された前記信号電荷に基づく前記増幅部の出力を画素から出力させる第３のステップと、
を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記第１のステップの動作が行われるタイミングは、前記露光期間が終了する直前であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記第１のステップの動作は、バルブ撮影の露光期間において、当該露光期間を終了させる指示が外部から入力された後に行われることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記第１のステップおよび前記第２のステップの動作は、バルブ撮影の露光期間において、複数回行われることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部と、
前記光電変換部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、
前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し部と、
前記読み出し部を通して読み出された前記信号電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷保持部に保持された前記信号電荷を増幅する増幅部と、
前記電荷保持部に保持された前記信号電荷をリセットする第２のリセット部と、
特定の画素を選択する選択部と、
を備え、２次元状に配列された画素と、
露光期間外に前記第１のリセット部にリセットを行わせ、前記露光期間の開始時に所定領域の全画素の前記第１のリセット部によるリセットを同時に解除し、前記露光期間において、前記第２のリセット部にリセットを行わせ、前記第２のリセット部によるリセットの後、前記増幅部の出力を画素から出力させ、前記露光期間の終了後に前記所定領域の全画素の前記読み出し部に同時に前記信号電荷を読み出させ、前記読み出し部によって読み出された前記信号電荷に基づく前記増幅部の出力を画素から出力させる制御部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像素子（以下、イメージセンサと記載）の信号読み出し方法として、行列状（2次元状）に配列された画素の一行を読み出しの単位として、順次、信号の読み出しを行うローリングシャッタ方式がある。しかし、ローリングシャッタ方式では、フォトダイオードにおける信号電荷の蓄積開始および蓄積終了のタイミングが各行毎に異なる駆動方法が採られている。そのため、速く動く被写体の形状が歪んで撮られたり、蛍光灯のフリッカが画像に現れたりする場合があった。
【０００３】
これを解決する信号読み出し方法として、全画素のフォトダイオードで一括して信号電荷の蓄積開始および蓄積終了を行うグローバルシャッタ方式がある（例えば、特許文献1参照）。以下、グローバルシャッタ方式について説明する。
【０００４】
図4は、イメージセンサの画素構成を示している。図4に示す画素は、フォトダイオードPD1と、電荷保持部FD（フローティングディフュージョン）と、転送トランジスタM1と、FDリセットトランジスタM2と、増幅トランジスタM3と、選択トランジスタM4と、PDリセットトランジスタM5とを有する。また、PDリセットスイッチ線101と、転送スイッチ線102と、FDリセットスイッチ線103と、選択スイッチ線104と、信号出力線9（垂直信号線）とは複数の画素間で共有される。
【０００５】
フォトダイオードPD1 は、蓄積される信号電荷量が入射される光に応じて変化する光電変換素子である。電荷保持部FDは、フォトダイオードPD1から転送された信号電荷を保持する電荷保持機能を有する拡散浮遊領域である。転送トランジスタM1 は、フォトダイオードPD1 で発生した信号電荷を電荷保持部FD に転送する（読み出す）ためのトランジスタである。FDリセットトランジスタM2 は、電荷保持部FDに保持された信号電荷 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M3 は、電荷保持部FD の電圧レベルを増幅して読み出すためのトランジスタである。選択トランジスタM4 は、増幅トランジスタM3の電圧信号を出力する特定の画素を選択し、信号出力線9 に増幅トランジスタM3 の出力を伝えるためのトランジスタである。PDリセットトランジスタM5は、フォトダイオードPD1に蓄積された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PD1 以外は遮光されている。
【０００６】
PDリセットスイッチ線101 は、1行分のフォトダイオードPD1の信号電荷をリセットするためのPDリセットパルスφ101が印加される配線であり、1行分のPDリセットトランジスタM5のゲートに接続されている。転送スイッチ線102 は、1行分の画素のフォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷をそれぞれの画素の電荷保持部FD に転送するための転送パルスφ102が印加される配線であり、1行分の画素の転送トランジスタM1 のゲートに電気的に接続されている。FDリセットスイッチ線103 は、１行分の画素の電荷保持部FDをリセットするためのFDリセットパルスφ103が印加される配線であり、1行分のFDリセットトランジスタM2 のゲートに接続されている。選択スイッチ線104 は、1行分の画素を選択するための選択パルスφ104が印加される配線であり、1行分の画素の選択トランジスタM4 のゲートに電気的に接続されている。
【０００７】
図5は従来のイメージセンサの構成を示している。図5に示すイメージセンサは、画素1と、垂直走査回路8と、負荷電流源10と、読み出し回路11と、水平選択スイッチ12と、水平走査回路13と、出力アンプ14と、ADコンバータ15と、フレームメモリ16と、各種配線とを有する。
【０００８】
画素1の構成は、図4に示した通りである。図5では画素1が2行2列に配列されているが、画素配列は図5に示したものに限らない。垂直走査回路8は、行単位で画素1の駆動制御を行う。特に、垂直走査回路8は、露光期間外にPDリセットトランジスタM5によるリセットを行い、露光期間の開始時に所定領域の全画素のPDリセットトランジスタM5によるリセットを同時に解除してフォトダイオードPD1の信号電荷の蓄積を開始し、露光期間の終了後に所定領域の全画素の転送トランジスタM1により同時にフォトダイオードPD1の信号電荷を読み出すグローバルシャッタの制御を行う。
【０００９】
負荷電流源10は、信号出力線9に接続されており、バイアス電流を供給する。読み出し回路11は、画素1から出力されたノイズ成分（電荷保持部FDに保持された信号電荷をリセットしたときのリセット信号成分）と信号成分（フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づく光信号成分とリセット信号成分の和）に対して所定の処理を行う。水平選択スイッチ12は、オン・オフの状態を有するスイッチであり、共通信号出力線17（水平信号線）へのノイズ成分（リセット信号）と信号成分の出力を制御する。
【００１０】
水平走査回路13は、水平選択スイッチ12へ駆動パルスφ105_1，φ105_2を出力し、水平選択スイッチ12を制御することによって、共通信号出力線17へのノイズ成分および信号成分の出力を制御する。出力アンプ14は、共通信号出力線17に出力されたノイズ成分および信号成分の増幅処理を行う。ADコンバータ15は、出力アンプ14から出力されたノイズ成分および信号成分をデジタル信号に変換する。フレームメモリ16は、ADコンバータ15から出力されたデジタル信号をフレーム単位で記憶する。
【００１１】
以下、図6を参照しながら、特許文献1に係るグローバルシャッタ方式の動作を説明する。図6は、所定の動作を連続して繰り返す連続駆動シーケンスのうちの一部の駆動シーケンスを取り出したタイミングチャートである。図6において、行毎にパルスを区別する場合には、パルスの符号の末尾に「_*」（*は行番号）を付与している。
【００１２】
まず、読み出しに先立ち、垂直走査回路8は全行のPDリセットパルスφ101をハイレベル、全行の転送パルスφ102をローレベル、全行のFDリセットパルスφ103をハイレベルとする。これによって、PDリセットトランジスタM5およびFDリセットトランジスタM2がオンし、転送トランジスタM1がオフする。このため、全画素のフォトダイオードPD1と電荷保持部FDがリセット状態となる。
【００１３】
続いて、垂直走査回路8は時刻t1で全行のFDリセットパルスφ103をローレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオフする。これによって、電荷保持部FDがフローティング状態となる。さらに、垂直走査回路8は1 行目の選択パルスφ104_1をハイレベルとする。これによって、1行目の選択トランジスタM4がオンして行選択が行われ、リセットノイズおよび増幅トランジスタM3の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズからなるノイズ成分が読み出し回路11に読み出される。
【００１４】
続いて、水平走査回路13からの駆動パルスφ105_1，105_2が順次ハイレベルとなり、水平選択スイッチ12が順次オンすることで、共通信号出力線17および出力アンプ14を介してノイズ成分が出力される。出力されたノイズ成分はADコンバータ15によりAD変換され、フレームメモリ16に保持される。2行目以降についても同様に行毎にノイズ成分が読み出され、全画素分のノイズ成分がフレームメモリ16に保持される。
【００１５】
続いて、垂直走査回路8は時刻t2で全行のPDリセットパルスφ101をローレベルとし、PDリセットトランジスタM5をオフする。これによって、フォトダイオードPD1において、光電変換された信号電荷の蓄積が開始される。任意の蓄積時間が経過すると、垂直走査回路8は全行の転送パルスφ102をハイレベルとし、転送トランジスタM1をオンする。これによって、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷が電荷保持部FDに転送される（時刻t3）。さらに、垂直走査回路8は全行のPDリセットパルスφ101をハイレベルとし、PDリセットトランジスタM5をオンする。これによって、全画素のフォトダイオードPD1がリセット状態となる。
【００１６】
続いて、垂直走査回路8はノイズ成分の読み出しと同様に時刻t4で1 行目の選択パルスφ104_１ をハイレベルとして行選択を行う。これによって、前述したノイズ成分と、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づく光信号成分との和である信号成分が読み出し回路11 に読み出される。信号成分が読み出された後、垂直走査回路8は1行目のFDリセットパルスφ103をハイレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオンする。これによって、電荷保持部FDがリセット状態となる。
【００１７】
続いて、水平走査回路13からの駆動パルス105_1, 105_2が順次ハイレベルとなり、水平選択スイッチ12が順次オンすることで、共通信号出力線17および出力アンプ14を介して1 行目の信号成分が順次読み出される。読み出された信号成分はADコンバータ15によりAD変換され、フレームメモリ16に保持されている1行目のノイズ成分との差分をとることで、ノイズ成分が除去され、光信号成分のみが取り出される。2行目以降についても同様の動作が行われ、S/Nの高い画像信号が得られる。連続するフレームで画像信号を取得し、液晶モニタ等に動画像を表示するライブビュー表示では、上記の一連の動作が繰り返される。
【００１８】
図7は、従来例のノイズ成分と信号成分の取得タイミングを簡易に表したタイミングチャートである。垂直同期信号VDと、全行のフォトダイオードPD1のリセットタイミングと、選択トランジスタM4をオンすることによる行毎のノイズ成分および信号成分の読み出しのタイミングとが示されている。この図7からも解るとおり、フォトダイオードPD1に信号電荷を蓄積するための露光期間は、ノイズ成分の読み出しが終了した後から、信号成分の読み出しが開始される前までとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【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】
【００２０】
上記のように、グローバルシャッタ機能を有したイメージセンサでは、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を全画素で一斉に電荷保持部に転送して、電荷保持部から順次信号電荷を読み出していく動作が行われる。そのため、信号電荷を読み出すまでは電荷保持部で一時的に信号電荷が保持されることになる。しかしながら、イメージセンサに強い光が照射されている状態では、画素を構成するシリコン基板中で発生した信号電荷が電荷保持部に漏れこみノイズとなってしまい画質を悪化させてしまう恐れがある。特に、長秒露光による撮影（バルブ撮影）においては、露光期間の開始前に電荷保持部をリセットしてから、露光期間の終了後にフォトダイオードから電荷保持部に信号電荷が転送されるまでの時間が長く、上記ノイズの影響に加えて電荷保持部で発生する暗電流もノイズに加わり、トータルのノイズは非常に大きくなる。このため、ノイズ成分と光信号成分の和である信号成分とノイズ成分との差分をとっても、電荷保持部に漏れ込んだ信号電荷および暗電流によるノイズ成分を除去することができない。
【００２１】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、フォトダイオードに蓄積された信号電荷に基づく光信号に加わる、信号電荷および暗電流によるノイズを低減することができる固体撮像装置およびその駆動方法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】
【００２２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部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、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し部と、前記読み出し部を通して読み出された前記信号電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部に保持された前記信号電荷を増幅する増幅部と、前記電荷保持部に保持された前記信号電荷をリセットする第２のリセット部と、特定の画素を選択する選択部と、を備えた画素が２次元状に配列され、露光期間外に前記第１のリセット部にリセットを行わせ、前記露光期間の開始時に所定領域の全画素の前記第１のリセット部によるリセットを同時に解除し、前記露光期間の終了後に前記所定領域の全画素の前記読み出し部に同時に前記信号電荷を読み出させる固体撮像装置の駆動方法であって、前記露光期間において、前記第２のリセット部にリセットを行わせる第１のステップと、前記露光期間において、前記第２のリセット部によるリセットの後、前記増幅部の出力を画素から出力させる第２のステップと、前記露光期間の終了後、前記読み出し部によって読み出された前記信号電荷に基づく前記増幅部の出力を画素から出力させる第３のステップと、を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法である。
【００２３】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記第１のステップの動作が行われるタイミングは、前記露光期間が終了する直前であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記第１のステップの動作は、バルブ撮影の露光期間において、当該露光期間を終了させる指示が外部から入力された後に行われることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法において、前記第１のステップおよび前記第２のステップの動作は、バルブ撮影の露光期間において、複数回行われることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部と、前記光電変換部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、前記光電変換部から前記信号電荷を読み出す読み出し部と、前記読み出し部を通して読み出された前記信号電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部に保持された前記信号電荷を増幅する増幅部と、前記電荷保持部に保持された前記信号電荷をリセットする第２のリセット部と、特定の画素を選択する選択部と、を備え、２次元状に配列された画素と、露光期間外に前記第１のリセット部にリセットを行わせ、前記露光期間の開始時に所定領域の全画素の前記第１のリセット部によるリセットを同時に解除し、前記露光期間において、前記第２のリセット部にリセットを行わせ、前記第２のリセット部によるリセットの後、前記増幅部の出力を画素から出力させ、前記露光期間の終了後に前記所定領域の全画素の前記読み出し部に同時に前記信号電荷を読み出させ、前記読み出し部によって読み出された前記信号電荷に基づく前記増幅部の出力を画素から出力させる制御部と、を有することを特徴とする固体撮像装置である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、露光期間において第２のリセット部にリセットを行わせることによって、電荷保持部のリセットタイミングから、読み出し部によって読み出された信号電荷に基づく増幅部の出力が画素から出力されるまでの時間を短縮することが可能となる。このため、光電変換部に蓄積された信号電荷に基づく光信号に加わる、信号電荷および暗電流によるノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の一実施形態による固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】画素の構成を示す回路図である。
【図５】従来の固体撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】従来の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００３０】
（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。本実施形態によるイメージセンサの構成は、図5に示した構成と同一であり、画素の構成は、図4に示した構成と同一である。本実施形態では、3通りの動作例を説明する。以下では、従来例と異なる動作を中心に説明する。
【００３１】
＜第1の動作例＞
図1は、第1の動作例に係るノイズ成分と信号成分の取得タイミングを簡易に表したタイミングチャートである。垂直同期信号VDと、全行のフォトダイオードPD1のリセットタイミングと、全行の電荷保持部FDのリセットタイミングと、選択トランジスタM4をオンすることによる行毎のノイズ成分および信号成分の読み出しのタイミングとが示されている。
【００３２】
露光期間の開始前に垂直走査回路8は全行のPDリセットパルスφ101をハイレベルとし、PDリセットトランジスタM5をオンする。これによって、全画素のフォトダイオードPD1がリセット状態となる（一括リセット）。また、垂直走査回路8は全行のFDリセットパルスφ103をローレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオフする。これによって、電荷保持部FDがフローティング状態となる。
【００３３】
続いて、露光期間の開始時に垂直走査回路8は全行のPDリセットパルスφ101をローレベルとし、PDリセットトランジスタM5をオフする。これによって、フォトダイオードPD1において、光電変換された信号電荷の蓄積が開始される。
【００３４】
続いて、露光期間において垂直走査回路8は全行のFDリセットパルスφ103をハイレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオンする。これによって、電荷保持部FDがリセット状態となる。続いて、垂直走査回路8は全行のFDリセットパルスφ103をローレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオフする。これによって、電荷保持部FDがフローティング状態となる。さらに、垂直走査回路8は1 行目の選択パルスφ104_1をハイレベルとする。これによって、1行目の選択トランジスタM4がオンして行選択が行われ、リセットノイズおよび増幅トランジスタM3の閾値電圧ばらつき等の固定パターンノイズからなるノイズ成分が読み出し回路11に読み出される。この後、前述した動作と同様に、行毎にノイズ成分が読み出され、最終的に全画素分のノイズ成分がフレームメモリ16に保持される。
【００３５】
続いて、露光期間の終了時に垂直走査回路8は全行の転送パルスφ102をハイレベルとし、転送トランジスタM1をオンする。これによって、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷が電荷保持部FDに転送される（一括転送）。さらに、垂直走査回路8は全行のPDリセットパルスφ101をハイレベルとし、PDリセットトランジスタM5をオンする。これによって、全画素のフォトダイオードPD1がリセット状態となる。
【００３６】
続いて、垂直走査回路8は1 行目の選択パルスφ104_１ をハイレベルとして行選択を行う。これによって、前述したノイズ成分と、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づく光信号成分との和である信号成分が読み出し回路11 に読み出される。この後、前述した動作と同様に、行毎に信号成分が読み出され、最終的に、フレームメモリ16に保持されている各行のノイズ成分との差分をとることで、ノイズ成分が除去され、光信号成分のみが取り出される。
【００３７】
第1の動作例では、露光期間は予め撮影開始前に分かっているものとする。また、全行のノイズ成分の読み出しに必要な時間は予め分かっている。このため、露光期間が終了するまでにノイズ成分の読み出しを終了できるように、電荷保持部FDのリセットタイミングおよびノイズ成分の読み出しタイミングが設定される。このタイミングは、少なくとも露光期間を二等分した期間のうち後半の期間にあることがより望ましく、最終行のノイズ成分の読み出しタイミングが露光期間の終了直前であることがより望ましい。
【００３８】
従来例では、露光期間の開始前に電荷保持部FDがリセットされ、ノイズ成分が読み出されていたため、露光期間の終了後にフォトダイオードPD1から電荷保持部FDに信号電荷が転送されるまでに、シリコン基板中で発生した信号電荷が電荷保持部FDに漏れこむと共に電荷保持部FDで暗電流が発生する。これらによるノイズが信号成分に加わるため、信号成分とノイズ成分との差分をとっても、電荷保持部に漏れ込んだ信号電荷および暗電流によるノイズ成分を除去することができなかった。
【００３９】
これに対して、第1の動作例では、露光期間中に電荷保持部FDがリセットされ、ノイズ成分が読み出されるため、ノイズ成分の読み出しから信号成分の読み出しまでの時間を短縮することが可能となる。このため、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づく光信号成分に加わる、電荷保持部FDに漏れこむ信号電荷および暗電流によるノイズを低減することができる。さらに、最終行のノイズ成分の読み出しタイミングが露光期間の終了直前となるようにすることによって、上記のノイズをより低減することができる。
【００４０】
上記の駆動方法を適用する一例として、長秒露光による撮影（バルブ撮影）のように暗電流が増加する状態にある場合が挙げられる。この場合、撮影開始前にシャッタ時間は分かっているので、このシャッタ時間が予め設定してある時間より長い場合には、ノイズ成分を取得するタイミングを露光期間の終了直前に変更すればよい。また、イメージセンサもしくはカメラ内の温度を監視し、暗電流が大きくなる温度となっている場合に上記の駆動方法に切り替えても良い。また、第1の動作例では、従来例におけるノイズ成分の読み出しを露光期間の開始前には実施していないが、実施しても良い。ただし、露光期間中に読み出されたノイズ成分を、信号成分との差分をとるのに用いるものとする。
【００４１】
＜第2の動作例＞
図2は、第2の動作例に係るノイズ成分と信号成分の取得タイミングを簡易に表したタイミングチャートである。垂直同期信号VDと、全行のフォトダイオードPD1のリセットタイミングと、全行の電荷保持部FDのリセットタイミングと、選択トランジスタM4をオンすることによる行毎のノイズ成分および信号成分の読み出しのタイミングとが示されている。
【００４２】
以下では、第1の動作例と異なる部分のみ説明する。露光期間の開始後、露光を終了させる指示が外部から入力されると、垂直走査回路8は全行のFDリセットパルスφ103をハイレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオンする。これによって、電荷保持部FDがリセット状態となる。続いて、垂直走査回路8は全行のFDリセットパルスφ103をローレベルとし、FDリセットトランジスタM2をオフする。これによって、電荷保持部FDがフローティング状態となる。この後、前述した動作と同様に、行毎にノイズ成分が読み出され、最終的に全画素分のノイズ成分がフレームメモリ16に保持される。
【００４３】
続いて、露光期間の終了時に垂直走査回路8は全行の転送パルスφ102をハイレベルとし、転送トランジスタM1をオンする。これによって、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷が電荷保持部FDに転送される（一括転送）。さらに、垂直走査回路8は全行のPDリセットパルスφ101をハイレベルとし、PDリセットトランジスタM5をオンする。これによって、全画素のフォトダイオードPD1がリセット状態となる。この後、前述した動作と同様に、行毎に信号成分が読み出され、最終的に、フレームメモリ16に保持されている各行のノイズ成分との差分をとることで、ノイズ成分が除去され、光信号成分のみが取り出される。
【００４４】
バルブ撮影のように露光期間が終了するタイミングが不明な場合には、第1の動作例のように予め分かっている露光期間の終了直前にノイズ成分を取得することができない。このため、第2の動作例では、露光期間の終了を示す指示をトリガとして、ノイズ成分の読み出し動作が行われる。ノイズ成分の読み出し動作にかかる時間が露光期間に加算されるが、バルブ撮影では露光期間が長いことが想定できるので、ノイズ成分の読み出し動作にかかる時間（数十ms）は画質に大きな影響を与えない。
【００４５】
上記のように、露光期間の終了を示す指示が外部から入力されたときに電荷保持部FDがリセットされ、ノイズ成分が読み出されるため、ノイズ成分の読み出しから信号成分の読み出しまでの時間を短縮することが可能となる。このため、撮影開始の時点では露光期間が不明な場合でも、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づく光信号成分に加わる、電荷保持部FDに漏れこむ信号電荷および暗電流によるノイズを低減することができる。
【００４６】
また、第2の動作例では、従来例におけるノイズ成分の読み出しを露光期間の開始前には実施していないが、実施しても良い。ただし、露光期間中に読み出されたノイズ成分を、信号成分との差分をとるのに用いるものとする。
【００４７】
＜第3の動作例＞
【００４８】
図3は、第3の動作例に係るノイズ成分と信号成分の取得タイミングを簡易に表したタイミングチャートである。垂直同期信号VDと、全行のフォトダイオードPD1のリセットタイミングと、全行の電荷保持部FDのリセットタイミングと、選択トランジスタM4をオンすることによる行毎のノイズ成分および信号成分の読み出しのタイミングとが示されている。
【００４９】
以下では、第1の動作例および第2の動作例と異なる部分のみ説明する。バルブ撮影のように露光期間が終了するタイミングが不明な場合には、第1の動作例のように予め分かっている露光期間の終了直前にノイズ成分を取得することができない。第3の動作例では、第2の動作例よりも露光終了のタイミングを精確にするために、電荷保持部FDのリセットおよびノイズ成分の読み出しは露光期間中に任意の間隔で実施される。例えば、図3においては1回の撮影中に任意の間隔で3回ノイズ成分が読み出され、その後、露光が終了してから信号成分が読み出されている。この場合、露光期間の終了直前に取得されたノイズ成分が信号成分との差分処理に用いられる。
【００５０】
このように、露光期間において、電荷保持部FDのリセットおよびノイズ成分の読み出しを任意の間隔で複数回行い、露光期間の終了直前に取得したノイズ成分を信号成分との差分処理に用いることで、撮影開始の時点では露光期間が不明な場合でも、フォトダイオードPD1に蓄積された信号電荷に基づく光信号成分に加わる、電荷保持部FDに漏れこむ信号電荷および暗電流によるノイズを低減することができ、かつ露光の終了タイミングをより精確にすることができる。
【００５１】
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】
【００５２】
1・・・画素、8・・・垂直走査回路（制御部）、10・・・負荷電流源、11・・・読み出し回路、12・・・水平選択スイッチ、13・・・水平走査回路、14・・・出力アンプ、15・・・ADコンバータ、16・・・フレームメモリ、M1・・・転送トランジスタ（読み出し部）、M2・・・FDリセットトランジスタ（第２のリセット部）、M3・・・増幅トランジスタ（増幅部）、M4・・・選択トランジスタ（選択部）、M5・・・PDリセットトランジスタ（第１のリセット部）、PD1・・・フォトダイオード（光電変換部）
【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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