(57)【要約】【課題】  ランダムノイズの影響を低減し、良好な画質の画像を出力する撮像装置を提供する。【解決手段】  光電変換部を有する画素部を有し、前記画素部により生成された信号を一時的に蓄える蓄積部を列毎に複数備え、前記列毎の複数蓄積部に同一画素から出力される信号を転送するとともに、前記列毎の複数蓄積部に蓄積された信号を加算して出力する。【選択図】  図１
2011166511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を光電変換する光電変換素子を各々が含む複数の画素が水平方向である行方向と垂直方向である列方向に２次元に配置された画素配列と、
各列に配置され、前記画素配列の各画素から出力される信号を前記垂直方向に転送する垂直出力線と、
各列に複数設けられ、前記垂直出力線により転送された前記各画素から出力される信号を一時的に蓄積する蓄積手段と、
前記画素配列の同一画素から出力される信号を前記蓄積手段に転送する転送手段と、
前記各列に複数設けられた前記蓄積手段に一時的に蓄積された前記同一画素から出力される信号を加算する加算手段と、
を有することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記蓄積手段は、前記各画素から出力される画素信号を一時的に蓄積するとともに、前記各画素から出力されるノイズ信号を一時的に蓄積し、前記加算手段は、前記蓄積手段に蓄積された画素信号とノイズ信号をそれぞれ加算し、前記加算手段により加算された画素信号とノイズ信号の差分を出力する差分出力手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撮像素子と、前記撮像素子を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記転送手段による各列における複数の前記蓄積手段の各々への転送タイミングを独立して制御するように前記撮像素子を駆動することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
さらに、前記撮像装置の撮影モードを設定するモード設定手段を有し、前記駆動手段は、前記モード設定手段により設定された撮影モードに応じて、前記転送手段による各列における複数の前記蓄積手段の各々への転送タイミングを変更することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
被写体像を光電変換する光電変換素子を各々が含む複数の画素が水平方向である行方向と垂直方向である列方向に２次元に配置された画素配列と、各列に配置され、前記画素配列の前記各画素から出力される信号を前記垂直方向に転送する垂直出力線と、各列に複数設けられ、前記垂直出力線により転送された前記各画素から出力される信号を一時的に蓄積する蓄積手段と、前記画素配列の同一画素から出力される信号を前記蓄積手段に転送する転送手段と、前記各列に複数設けられた前記蓄積手段に一時的に蓄積された前記同一画素から出力される信号を加算する加算手段とを有する撮像素子の駆動方法であって、
前記転送手段による各列における複数の前記蓄積手段の各々への転送タイミングを独立して制御するように前記撮像素子を駆動することを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
設定された撮影モードに応じて、前記転送手段による各列における複数の前記蓄積手段の各々への転送タイミングを変更することを特徴とする請求項６に記載の撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子カメラ等の撮像装置には撮像素子が用いられている。撮像素子としては、ＣＭＯＳイメージセンサー等の様に各画素に増幅素子が組み込まれたものがある。このように各画素に増幅素子が組み込まれた撮像素子では、増幅素子のもつ１／ｆノイズが原因となって画像にランダムノイズが発生するという問題があった。この様な問題を解決するために、画素信号を複数回サンプリングして累積加算することによりランダムノイズを低減する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０３０４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、画素信号のサンプル期間が重ならない様に複数回サンプリングするために１画素のサンプルに時間がかかってしまい、処理が低速化してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の撮像素子は、被写体像を光電変換する光電変換素子を各々が含む複数の画素が水平方向である行方向と垂直方向である列方向に２次元に配置された画素配列と、各列に配置され、前記画素配列の各画素から出力される信号を前記垂直方向に転送する垂直出力線と、各列に複数設けられ、前記垂直出力線により転送された前記各画素から出力される信号を一時的に蓄積する蓄積手段と、前記画素配列の同一画素から出力される信号を前記蓄積手段に転送する転送手段と、前記各列に複数設けられた前記蓄積手段に一時的に蓄積された前記同一画素から出力される信号を加算する加算手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
請求項６に記載の撮像素子の駆動方法は、被写体像を光電変換する光電変換素子を各々が含む複数の画素が水平方向である行方向と垂直方向である列方向に２次元に配置された画素配列と、各列に配置され、前記画素配列の前記各画素から出力される信号を前記垂直方向に転送する垂直出力線と、各列に複数設けられ、前記垂直出力線により転送された前記各画素から出力される信号を一時的に蓄積する蓄積手段と、前記画素配列の同一画素から出力される信号を前記蓄積手段に転送する転送手段と、前記各列に複数設けられた前記蓄積手段に一時的に蓄積された前記同一画素から出力される信号を加算する加算手段とを有する撮像素子の駆動方法であって、前記転送手段による各列における複数の前記蓄積手段の各々への転送タイミングを独立して制御するように前記撮像素子を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、処理速度を落とすことなく、効果的にランダムノイズを低減し、良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像装置の画素部と読み出し回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る１行の信号を読出す動作を示したタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係る蓄積時の動作を示した図である。
【図４】本発明の実施例１に係る複数の蓄積容量に蓄積された電荷量を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に係る複数の蓄積容量に蓄積された電荷量を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る内部信号生成回路を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る内部信号の動作を示したタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施例１に係る内部信号生成回路を示す図である。
【図９】本発明の実施例１に係る内部信号の動作を示したタイミングチャートである。
【図１０】本発明の実施例１に係る内部信号生成回路を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る内部信号生成回路を示す図である。
【図１２】本発明の実施例２に係る撮像装置を示した図である。
【図１３】本発明の実施例２に係る１行の信号を読出す動作を示したタイミングチャートである。
【図１４】本発明の実施例２に係る内部信号生成回路を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る内部信号生成回路を示す図である。
【図１６】本発明の実施例２に係る動作モードを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１に係る撮像素子の構成を示した図である。ここでは図示しないが、図１に示す単位画素１が、水平方向である行方向と垂直方向である列方向に２次元に複数配置された画素配列（不図示）を成している。各単位画素１は、フォトダイオード２、転送スイッチ３、リセットスイッチ４、行選択スイッチ５、画素アンプ６、浮遊拡散層ＦＤ７により構成されている。フォトダイオード２は、被写体からの光（被写体像）を信号電荷に変換（光電変換）して蓄積する光電変換部（光電変換素子）である。
【００１１】
転送スイッチ３は、フォトダイオード２の光電変換によって生成された信号電荷を転送パルスＰＴＸに応じて転送する。浮遊拡散層ＦＤ７は、転送スイッチ３によって転送された信号電荷を蓄積する。リセットスイッチ４は、画素アンプ６のゲートに接続された浮遊拡散層ＦＤ７をリセットパルスＰＲＥＳに応じて電源ＳＶＤＤの電圧レベルにリセットする。画素アンプ６は、ソースフォロアとして機能し、浮遊拡散層ＦＤ７に蓄積された信号電荷を増幅する。行選択スイッチ５は、不図示の垂直走査回路により選択された行画素を選択パルスＰＳＥＬに応じて選択する。行選択スイッチ５によって選択された行の画素信号は、画素アンプ６を介して負荷電流源３０に接続された垂直出力線２９に出力される。垂直出力線２９は、前記画素配列の各画素から出力される信号を前記垂直方向に転送するために各列に配置されている。
【００１２】
本実施例の撮像素子は、各列毎（各垂直出力線毎）に各画素から出力された光信号（Ｓ信号）を一時的に蓄積するｎ個の蓄積容量（蓄積手段）ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）を備える。また、各列毎（各垂直出力線毎）に各画素から出力された固定パターンノイズ信号（Ｎ信号）を一時的に蓄積するｎ個の蓄積容量（蓄積手段）ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）を備える。蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）の静電容量は同一であり、また、蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＳ＿ｎ（２２）の静電容量も同一である。なお、Ｓ信号・Ｎ信号の各蓄積容量の数（ｎ）は任意であり、２以上の自然数であればよい。
【００１３】
垂直出力線２９に出力される信号のうちのＳ信号は、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎの各々に応じてＯＮされる転送ゲート８〜１０（転送手段）を介して、蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）に転送されて蓄積される。同様にＮ信号は、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎの各々に応じてＯＮされた転送ゲート１７〜１９（転送手段）を介して、蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）に転送されて蓄積される。
【００１４】
次に、不図示の水平走査回路からの制御パルスＰＨＳ（ＰＨＳ＿１〜ＰＨＳ＿ｎ）及びＰＨＮ（ＰＨＮ＿１〜ＰＨＮ＿ｎ）により、転送スイッチ１４〜１６，２３〜２５を介して、光信号が容量ＣＨＳ２６に一時的に蓄積され、光信号が容量ＣＨＮ２７に一時的に蓄積される（加算手段）。すなわち、蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）に一時的に蓄積された同一画素からのＳ信号が加算されるとともに、蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＳ＿ｎ（２２）に一時的に蓄積された同一画素からのＮ信号が加算される。そして、差動増幅器２８（差分出力手段）によって、両者の差分に基づいて撮像画像が出力される。その後、容量ＣＨＳ２６、容量ＣＨＮ２７は、不図示の回路より生成されるチャンネルリセット信号ＣＨＲＳＴによってリセットされる。
【００１５】
図２は、図１の撮像部における駆動タイミングを示すタイミングチャートを示す図である。まず、時刻ｔ１にてリセットパルスＰＲＥＳをＬｏｗレベルにする。これにより、浮遊拡散層ＦＤ７がフローティング状態となり、浮遊拡散層ＦＤ７はノイズ信号を保持するようになる。次に、時刻ｔ２で選択パルスＰＳＥＬをＨｉｇｈレベルにして、行選択スイッチ５をＯＮにする。これにより、行選択スイッチ５と負荷電流源３０で構成されたソースフォロア回路が動作状態となり、垂直出力線２９上に画素アンプ６のフローティングゲートのリセット電位に応じたノイズ出力がなされる。
【００１６】
時刻ｔ３では、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎがＨｉｇｈレベルになり、ＭＯＳトランジスタからなる転送ゲート１７〜１９がＯＮされ、画素アンプ６のフローティングゲートに蓄積されたＮ信号と、主に画素アンプ６で発生するランダムノイズが蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）に蓄積される。時刻ｔ４１〜ｔ４ｎでは、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎは異なるタイミングでＬｏｗレベルとなり、転送スイッチ１７〜１９が順次ＯＦＦされ、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）へのＮ信号とランダムノイズの蓄積動作（転送）が終了する。すなわち、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）へのＮ信号とランダムノイズの転送タイミングは、それぞれ独立して制御される。
【００１７】
蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）の各蓄積期間は、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎがＨｉｇｈになっている期間で決められる。各蓄積容量に蓄積される電荷の量は、終了時の画素信号の状態によって決定されるが、画素信号にはＮ信号成分と時間によって変動するランダムノイズ成分が含まれる。図３は、蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎ（ここではｎ＝２）への電荷蓄積時の動作を示した図である。また、図４は、蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎに蓄積された電荷量の一例を示す図である。このように、蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎの蓄積終了時刻は異なるため、蓄積電荷のランダムノイズ成分の大きさも蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎの各々でランダムに異なる。
【００１８】
次に、フォトダイオード２で発生したＳ信号とＮ信号の混合信号（画素信号）の蓄積が行われる。まず、不図示の回路により、垂直出力線２９が定電位にリセットされる。図２に戻り、時刻ｔ５では、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎ信号がＨｉｇｈレベルになり、ＭＯＳトランジスタからなる転送ゲート８〜１０がＯＮされる。時刻ｔ６では、転送パルスＰＴＸがＨｉｇｈレベルとなり、転送スイッチ３がＯＮされ、フォトダイオード２に蓄積された光信号が画素アンプ６のフローティングゲートに転送される。このとき選択パルスＰＳＥＬはＨｉｇｈレベルであるため、上述のソースフォロア回路は動作状態となっており、垂直出力線２９上に画素アンプ６のフローティングゲートの電位に応じた「Ｓ信号＋Ｎ信号」と主に画素アンプ６で発生するランダムノイズの出力がなされる。従って、垂直出力線２９に出力された「Ｓ信号＋Ｎ信号」とランダムノイズが、転送ゲート８〜１０を介して蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）に蓄積される。
【００１９】
時刻ｔ７では、転送パルスＰＴＸがＬｏｗレベルとなり、転送スイッチ３がＯＦＦされ、画素アンプ６のフローティングゲートへの転送が終了する。時刻ｔ８１〜ｔ８ｎでは制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎがそれぞれ異なるタイミングでＬｏｗレベルとなり、ＭＯＳトランジスタ８〜１０がＯＦＦされ、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）への蓄積動作（転送）が終了する。すなわち、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１１）への「Ｓ信号＋Ｎ信号」とランダムノイズの転送タイミングは、それぞれ独立して制御される。
【００２０】
蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）の各蓄積期間は、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎがＨｉｇｈになっている期間で決められる。各蓄積容量に蓄積される電荷の量は、終了時の画素信号の状態によって決定されるが、画素信号にはＳ信号＋Ｎ信号と、時間によって変動するランダムノイズ成分とが含まれる。
【００２１】
図５は、蓄積容量ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎに蓄積された電荷量の一例を示す図である。このように、蓄積容量ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎの蓄積終了時刻は異なるため、蓄積電荷のランダムノイズ成分の大きさも蓄積容量ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎの各々でランダムに異なる。以上の様にして、１行分の「Ｎ信号＋ランダムノイズ」と、フォトダイオードで発生した「Ｓ信号＋Ｎ信号＋ランダムノイズ」が、蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）及びＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）にそれぞれ蓄積される。
【００２２】
次に、不図示の水平シフトレジスタで制御される制御パルスＰＨＳ・ＰＨＮに応じて、転送ゲート２３〜２５、１４〜１６がＯＮとなり、これらの信号が蓄積容量ＣＴＮ２７及びＣＴＳ２６に転送される。この時の蓄積容量ＣＴＮ２７及びＣＴＳ２６に転送される電荷について説明する。ＣＴＮ２７に転送する際、転送ゲート２３〜２５が同時にＯＮとなると、ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎは並列に接続される。よって、転送される電荷量は、蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）で蓄積された電荷を全て加算した電荷量となる。前述した様に、蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）には、それぞれ同じ大きさのＮ信号成分と、異なるランダムノイズ成分からなるノイズ信号が蓄積されている。異なるランダムノイズ成分を加算平均することにより、ランダムノイズ成分は低減される。
【００２３】
また、蓄積容量ＣＨＳ２６に転送される電荷に対しても同様で、転送ゲート１４〜１６が同時にＯＮとなると、蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１３）は並列に接続される。よって転送される電荷量は、蓄積容量ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎで蓄積された電荷を全て加算した電荷量となる。蓄積容量ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎには、それぞれ同じ大きさのＳ信号＋Ｎ信号成分と、異なるランダムノイズ成分が蓄積されている。異なるランダムノイズ成分を加算平均することにより、ランダムノイズ成分が低減される。そして、差動増幅器２８によって、容量ＣＨＮ２７及びＣＨＳ２６に蓄積された、ランダムノイズが低減された「Ｎ信号」（ノイズ信号）及び「Ｓ信号＋Ｎ信号」（画素信号）が、「Ｓ信号＋Ｎ信号」−「Ｎ信号」＝Ｓ信号となって出力される。
【００２４】
この様に、複数の蓄積容量（ＣＴＳ＿ｎ、ＣＴＮ＿ｎ等）を持ち、各々蓄積時間を変えて蓄積し、転送の際加算することによって、蓄積容量より画素に近い部分で発生するランダムノイズ成分を低減することができる。その結果撮像した画像は、ランダムノイズの影響が低減された良好な画像にすることができる。
【００２５】
上述した例では、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎがＬｏｗになるタイミングの定義は述べていないが、以下の様な構成をとってもよい。図６は、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎの各信号を生成する駆動回路（駆動手段）の構成を示す図である。制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎを生成するために、ＰＴＮ生成回路２０１には信号ＰＴＮが入力される。信号ＰＴＮは撮像装置内部・外部のどちらで生成されたものでもよい。入力された信号ＰＴＮは多段のバッファ２０２を通過する。バッファ２０２を通過しない信号を制御パルスＰＴＮ＿１とする。ＳＲラッチ２０３は、セット信号がＨｉｇｈレベルになると出力がＨｉｇｈレベルになり、リセット信号がＨｉｇｈレベルになるとＬｏｗレベルを出力する回路である。
【００２６】
図６の様にセット信号として信号ＰＴＮを入力することにより、信号ＰＴＮがＨｉｇｈレベルになった場合に制御パルスＰＴＮ＿２〜ＰＴＮ＿ｎはＨｉｇｈになる。リセット信号にはバッファを通過することによって遅延された信号ＰＴＮに関連した信号が入力されており、制御パルスＰＴＮ＿２〜ＰＴＮ＿ｎの各信号は、信号ＰＴＮと比較して通過したバッファの段数だけ遅延してＬｏｗとなる。この様な動作で、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎは、図７の様に一定間隔おきにＬｏｗレベルとなる。
【００２７】
図８は、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎの各信号を生成する駆動回路（駆動手段）の構成を示す図である。制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを生成するために、ＰＴＳ生成回路３０１には信号ＰＴＳが入力される。信号ＰＴＳは撮像装置内部・外部のどちらで生成されたものでもよい。入力された信号ＰＴＳは多段のバッファ３０２を通過する。バッファ３０２を通過しない信号を制御パルスＰＴＳ＿１とする。ＳＲラッチ３０３は、セット信号がＨｉｇｈレベルになると出力がＨｉｇｈレベルになり、リセット信号がＨｉｇｈレベルになるとＬｏｗレベルを出力する回路である。
【００２８】
図８の様にセット信号として信号ＰＴＳを入力することにより、信号ＰＴＳがＨｉｇｈレベルになった場合に制御パルスＰＴＳ＿２〜ＰＴＳ＿ｎはＨｉｇｈになる。リセット信号にはバッファを通過することによって遅延された信号ＰＴＳに関連した信号が入力されており、制御パルスＰＴＳ＿２〜ＰＴＳ＿ｎの各信号は、信号ＰＴＳと比較して通過したバッファの段数だけ遅延してＬｏｗとなる。この様な動作で、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎは、図９の様に一定間隔おきにＬｏｗレベルとなる。
【００２９】
この様に、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎが一定間隔で順にＬｏｗレベルになる構成は以下の点で有効である。撮像素子を駆動させる場合、周辺回路の影響を受ける場合がある。例えば、制御パルスＰＴＮ＿１がＬｏｗレベルになってから制御パルスＰＴＮ＿２がＬｏｗレベルになるまでの時間間隔が、周辺回路の影響により発生するノイズ（外来ノイズ）の周期よりも大きい場合、蓄積容量ＣＴＮ＿１とＣＴＮ＿２に蓄積される電荷の成分として、外来ノイズ成分の違いが生じてしまう。蓄積容量ＣＴＮ＿３〜ＣＴＮ＿ｎやＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎについても同様であり、外来ノイズ成分の違いがパターンノイズとして画像で認識されてしまう。
【００３０】
そこで、外来ノイズ成分の周期が既知である場合には、上述した様な制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを一定間隔おきに順にＬｏｗレベルにする構成において、時間間隔（図７、図９中のｔ）を外来ノイズ成分の周期より十分に小さいものにすることにより、外来ノイズの混入を防ぐことができる。
【００３１】
また、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを生成する回路は、以下の様な構成でもよい。図１０は、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎの各信号を生成する他の駆動回路（駆動手段）の構成を示す図である。図１０の構成では、それぞれ異なる時間間隔ｔで制御ＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎを順にＬｏｗレベルにするＰＴＮ生成回路２０１と同様の回路を複数持つ。そして、ＭＯＳトランジスタからなる転送ゲート１７〜１９を制御する制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎを選択する。
【００３２】
図１１は、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎの各信号を生成する他の駆動回路（駆動手段）の構成を示す図である。制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎについても同様に、ＭＯＳトランジスタからなる転送ゲート８〜１０を制御するＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを選択する。この様な構成により、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎが順にＬｏｗレベルになる時間間隔を設定できる。
【００３３】
例えば、一眼レフデジタルカメラにおいて撮影レンズが交換される場合などのように、撮像素子の周辺回路の構成が変わって、外来ノイズの周期が変わることがある。上述した図１０や図１１のような構成をとることにより、外来ノイズの周期が変わる場合であっても、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＮ＿ｎを順にＬｏｗレベルにする時間間隔を変更することができる。そして、最適なタイミングで、蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎやＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎに蓄積が可能となる。
【００３４】
なお、本実施例の制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎ、ＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎの駆動方法は上述の限りではない。例えば、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを外部から直接制御する構成でもよい。また、内部に制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを生成する回路を内蔵する場合は、その生成回路の構成は上述の限りではない。制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎをＬｏｗレベルにするタイミングを異なるものにする回路構成であれば、任意に構成可能である。また、本実施例では差動増幅器によって「Ｓ信号＋Ｎ信号」−「Ｎ信号」をする構成となっているが、この限りではない。Ｓ信号のみの読み出し等、この様な動作をしない構成にも適用できる。
【実施例２】
【００３５】
実施例２では、実施例１で説明した撮像素子を有する撮像装置について説明する。図１２は、撮像装置８００の全体構成を示す図である。図１２において、撮像素子８０１は、実施例１の図１に示した撮像素子である。アナログフロントエンド（以下、ＡＦＥと称する）８０３は、撮像素子８０１から出力されたアナログ画像信号に対して、ゲイン調整を行ったり、所定の量子化ビットに対応してデジタル変換を行う。タイミングジェネレータ（以下、ＴＧと称する）８０２（駆動手段）は、撮像素子８０１及びＡＦＥ８０３の駆動タイミングを制御する。
【００３６】
ＲＡＭ８０８は、ＡＦＥ８０３でデジタル変換された画像データや、後述する画像処理部８０９で処理された画像データを記憶するための画像データ記憶機能と、後述するＣＰＵ８０４が動作を行う際のワークメモリの機能を兼備する。本実施例では、これらの機能をＲＡＭ８０５を用いて行うようにしているが、アクセス速度が十分に問題ないレベルのメモリであれば、他のメモリを適用することも可能である。ＲＯＭ８０６は、後述するＣＰＵ８０４が動作を行う際のプログラムを格納する。ここで、本実施例では、Ｆｌａｓｈ−ＲＯＭを示すが、これは一例であり、アクセス速度が十分に問題ないレベルのメモリであれば、他のメモリを適用することも可能である。
【００３７】
ＣＰＵ８０４は、撮像装置８００を統括的に制御する。画像処理部８０９は、撮影された画像に圧縮等の処理を行う。インターフェース部８１０は、コネクタ８１２を介して接続される外部記録媒体８１３と通信を行い、静止画像データ及び動画像データを外部記録媒体８１３に記録する。外部記録媒体８１３は、不揮発メモリやハードディスク等であり、撮像装置８００と接続するためのコネクタ８１６、撮像装置８００と通信するためのインターフェース８１４を備えている。なお、本実施例では、記録媒体として着脱可能な外部記録媒体を適用しているが、その他データ書き込み可能な不揮発性メモリ、ハードディスク等を内蔵した形態でもよい。操作部８０５は、ユーザーによる撮影命令や撮影条件等の設定をＣＰＵ１０４に対して行う。表示部８０７は、撮影した静止画像や動画像、メニュー等を表示する。
【００３８】
本実施例の撮像装置８００は、撮影モードを複数有する。各撮影モードでの動作を以下に説明する。まず、ＣＰＵ８０４は、表示部８０７に図１６に示すモード選択画面を表示する。操作部８０５からユーザーによって「高速連写モード」が選択されると、ＣＰＵ８０４（モード設定手段）は、ユーザーによって選択された「高速連写モード」を設定する。そして、ＣＰＵ８０４は、設定した撮影モードである「高速連写モード」に応じて撮像素子８０１及びＴＧ８０２を制御する。その後、操作部８０５により撮影命令の操作がなされると、ＣＰＵ８０４から開始信号がＴＧ８０２に出力され、ＴＧ８０２からの駆動信号に基づいて撮像素子８０１は以下の動作をする。
【００３９】
図１３は、高速連写モードの駆動タイミングを示すタイミングチャートを示す図である。時刻ｔ１からｔ２までの動作は、実施例１に記載する動作と同様のため、説明を省略する。ここで、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎは図１４に示す回路から出力される。ＣＰＵ８０４により、図１４におけるセレクタ６０２〜６０４の各スイッチはａ側が選択され、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎとして、ＴＧ８０２から入力された信号ＰＴＮが出力される。そして、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎは時刻ｔ３にて同時にＨｉｇｈレベルとなり、転送ゲート１７〜１９がＯＮされる。その結果、画素アンプ６のフローティングゲートに蓄積されたＮ信号と、主に画素アンプ６で発生するランダムノイズが蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎに蓄積される。時刻ｔ４では、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎが同時にＬｏｗレベルとなり、転送ゲート１７〜１９がＯＦＦされ、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎへのＮ信号とランダムノイズの蓄積動作が終了する。
【００４０】
また、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎは図１５に示す回路から出力される。ＣＰＵ８０４により、図１５におけるセレクタ７０２〜７０４の各スイッチはａ側が選択され、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎとして、ＴＧ８０２から入力された信号ＰＴＳが出力される。
【００４１】
そして、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎは時刻ｔ５にて同時にＨｉｇｈレベルとなり、転送ゲート８〜１０がＯＮされる。時刻ｔ６、ｔ７での動作は実施例１に記載する動作と同様のため、説明を省略する。時刻ｔ８では、制御パルスＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎが同時にＬｏｗレベルとなり、転送ゲート８〜１０がＯＦＦされ、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎへの蓄積動作が終了する。
【００４２】
次に、不図示の水平シフトレジスタで制御される制御パルスＰＨＳ・ＰＨＮに応じて、転送ゲート２３〜２５、１４〜１６がＯＮとなり、これらの信号がＣＨＮ２７及びＣＨＳ２６に転送され、差動増幅器２８によって信号が出力される。上述した第１の駆動モードでは、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎ、ＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎをそれぞれ同時にＬｏｗレベルとしたために、蓄積容量ＣＴＮ＿１〜ＣＴＮ＿ｎ、ＣＴＳ＿１〜ＣＴＳ＿ｎにそれぞれ蓄積されたランダムノイズ成分は同じである。
【００４３】
したがってＣＨＮ２７、ＣＨＳ２６への転送の際の加算動作でランダムノイズ成分を低減することはできない。しかしながら、転送ゲート１７〜１９、８〜１０を持つため、蓄積容量ＣＴＮやＣＴＳが列毎に一つのみ設けられる場合と比べて蓄積の際のＭＯＳトランジスタのＯＮ抵抗は低減され、時刻ｔ３からｔ４、時刻ｔ５からｔ６の時間間隔は小さくすることができ、結果高速な出力が可能となる。
【００４４】
撮像素子８０１から出力された画像信号はＡＦＥ８０３によってデジタル変換され、その後ＣＰＵ８０４によってＲＡＭ８０８へ格納される。格納された画像データはＣＰＵ８０４によって画像処理部８０９に転送され、所定の画像処理を施した後にインターフェース８１０、コネクタ８１２を通して外部記録媒体８１３に記録される。この様な高速連写モードでは、撮像素子８０１から高速に画像信号が出力されるため、単位時間あたりに撮影する画像の数を増やすことができる。ユーザーが高速連写やフレームレートが大きい動画撮影をしたい場合には、高速撮影モードを選択することにより所望の撮影が可能となる。
【００４５】
次に、高感度撮影モードについて説明する。ＣＰＵ８０４は、表示部８０７に図１６に示すモード選択画面を表示する。操作部８０５からユーザーによって「高感度撮影モード」が選択されると、ＣＰＵ８０４（モード設定手段）は、ユーザーによって選択された「高感度撮影モード」を設定する。そして、ＣＰＵ８０４は、設定した撮影モードである「高感度撮影モード」に応じて撮像素子８０１及びＴＧ８０２を制御する。その後、操作部８０５により撮影命令の操作がなされると、ＣＰＵ８０４から開始信号がＴＧ８０２に出力され、ＴＧ８０２からの駆動信号に基づいて撮像素子８０１は以下の動作をする。
【００４６】
図１４及び図１５において、セレクタ６０２〜６０４、７０２〜７０４の各スイッチはＣＰＵ８０４によってｂ側が選択される。これにより、高感度撮影モードで使用される制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎ、ＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎは、それぞれＰＴＮ生成回路６０１、ＰＴＳ生成回路７０１で生成される信号を使用する。ＰＴＮ生成回路６０１、ＰＴＳ生成回路７０１は、それぞれ実施例１で述べたＰＴＮ生成回路２０１、ＰＴＳ生成回路３０１と同様の機能を備え、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを順にＬｏｗレベルにする。
【００４７】
この際、ＰＴＮ生成回路６０１で生成される、制御パルスＰＴＮ＿ｍ（ｍは整数）がＬｏｗレベルになってから制御パルスＰＴＮ＿ｍ＋１がＬｏｗレベルになるまでの時間差は、蓄積容量ＣＴＮ＿ｍが安定する時間以上になるように設定される。ＰＴＳ生成回路７０１についても同様である。この様に生成される制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎ、ＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを使用することで、高感度撮影モードの駆動タイミングは、実施例１の図２で述べた駆動タイミングと同様になる。動作の詳細については実施例１と同様なので、説明を省略する。高感度撮影モードでは、安定待ち時間等を含むため高速連写モードよりも処理速度が遅くなるが、蓄積容量より画素に近い部分で発生するランダムノイズ成分を低減することができる。
【００４８】
撮像素子８０１から出力された画像信号はＡＦＥ８０３によってデジタル変換され、その後ＣＰＵ８０４によってＲＡＭ８０８へ格納される。格納された画像データはＣＰＵ８０４によって画像処理部８０９に転送され、所定の画像処理を施した後にインターフェース８１０、コネクタ８１２を通して外部記録媒体８１３に記録される。撮像装置によって暗所での高感度撮影等をする場合には、ランダムノイズの影響が大きくなり画質が著しく劣化する。上述した様に高感度撮影モードで動作させた場合にはランダムノイズを低減し、画質を向上させることができる。
【００４９】
以上述べた様に、本実施例の撮像装置では、設定された撮影モード（高速連写撮影モードや高感度撮影モード等）によって駆動パターンを選択し、選択された駆動パターンに応じて撮像素子を駆動する。すなわち、設定された撮影モードに応じて、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＳ＿１（１１）〜ＣＴＳ＿ｎ（１１）への「Ｓ信号＋Ｎ信号」とランダムノイズの転送タイミング、画素アンプ６から蓄積容量ＣＴＮ＿１（２０）〜ＣＴＮ＿ｎ（２２）へのＮ信号とランダムノイズの転送タイミングが、それぞれ変更される。
【００５０】
このように駆動パターンを変更することにより、目的に応じた画像（高フレームレートや高画質な画像）を提供することができる。なお、モードの種類は上述した二つに限るものではない。例えば、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを異なる時間差でＬｏｗレベルにするＰＴＮ生成回路６０１、ＰＴＳ生成回路７０１と同様な回路を複数持ち、選択された撮影モードに応じて駆動パターンを選択する構成でもよい。
【００５１】
また、本実施例の、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎ、ＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎの生成方法は上述の限りではない。ＴＧ８０２が実施例１に記載したＰＴＮ／ＰＴＳ生成回路を具備し、制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎをＴＧ８０２から全て、または一部を直接制御する構成でもよい。また、内部に制御パルスＰＴＮ＿１〜ＰＴＮ＿ｎやＰＴＳ＿１〜ＰＴＳ＿ｎを生成する回路を内蔵する場合は、その生成回路の構成は上述の限りではない。上述した動作を実現する回路構成であれば、任意である。
【符号の説明】
【００５２】
１  単位画素
２  フォトダイオード
８〜１０  転送ゲート
１１〜１３  蓄積容量
１４〜１６  転送ゲート
１７〜１９  転送ゲート
２０〜２２  蓄積容量
２３〜２５  転送ゲート
２６〜２７  容量
２８  差動増幅器
２９  垂直出力線
２０１  ＰＴＮ生成回路
３０１  ＰＴＳ生成回路
４０１〜４０３  ＰＴＮ生成回路
５０１〜５０３  ＰＴＳ生成回路
６０１  ＰＴＮ生成回路
７０１  ＰＴＳ生成回路
８００  撮像装置
８０１  撮像素子
８０２  ＴＧ
【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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【図１５】
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【図１６】
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