(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素群と、各画素群に含まれる複数の画素に各々対応して設けられ、前記複数の画素の各々で発生した電荷を電圧信号に変換する複数のフローティングディフュージョン部と、前記複数の画素に各々対応して配された複数の接続スイッチと、前記複数の接続スイッチにより前記複数のフローティングディフュージョン部の各々が接続、遮断可能に配された接続線とを備えた撮像素子と、
撮影条件に応じて、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオフにする第１の読出しモード、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチのうちの読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンにする第２の読出しモード、または各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオンにする第３の読出しモードのいずれかの読出しモードに設定する制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記撮影条件が低撮影感度である場合に前記第２の読出しモードに設定し、前記撮影条件が高撮影感度である場合に前記第１の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記撮影条件が低輝度である場合に前記第１の読出しモードに設定し、前記撮影条件が高輝度である場合に前記第２の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記撮影条件が静止画撮影である場合に、前記第１の読出しモードまたは前記第２の読出しモードに設定し、前記撮影条件が動画撮影である場合に、前記第１の読出しモード、第２の読み出しモードまたは前記第３の読出しモードのいずれかに設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、画素間引き読出しを行う場合に前記第１の読出しモード又は前記第２の読出しモードに設定し、画素加算読出しを行う場合に前記第３の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、動画撮影の際、高速モードでは前記第１の読出しモード又は前記第２の読出しモードに設定し、高画質モードでは前記第３の読出しモードに設定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７】
前記撮像素子は、前記複数の画素の各々で発生した電荷から変換された電圧信号を増幅するゲイン可変の増幅手段を有し、
前記制御手段は、設定した読出しモードに応じて前記増幅手段のゲインを変更することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮影条件は、撮影感度と、静止画撮影又は動画撮影の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の接続スイッチは、前記複数の画素と同数設けられ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】
前記第２の読出しモードにおいて、前記画素群に対応する前記複数の接続スイッチのうちの読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンすることにより、読出し対象となる画素のフローティングディフュージョンの容量を増加させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第２の読出しモードにおいて、前記読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンすることによるフローティングディフュージョンの増加容量が各画素で同じであることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
複数の画素群と、各画素群に含まれる複数の画素に各々対応して設けられ、前記複数の画素の各々で発生した電荷を電圧信号に変換する複数のフローティングディフュージョン部と、前記複数の画素に各々対応して配された複数の接続スイッチと、前記複数の接続スイッチにより前記複数のフローティングディフュージョン部の各々が接続、遮断可能に配された接続線とを備えた撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
撮影条件に応じて、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオフにする第１の読出しモード、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチのうちの読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンにする第２の読出しモード、または各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオンにする第３の読出しモードのいずれかの読出しモードに設定する制御ステップを備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１３】
前記制御ステップは、前記撮影条件が低撮影感度である場合に前記第２の読出しモードに設定し、前記撮影条件が高撮影感度である場合に前記第１の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１４】
前記制御ステップは、前記撮影条件が低輝度である場合に前記第１の読出しモードに設定し、前記撮影条件が高輝度である場合に前記第２の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１５】
前記制御ステップは、前記撮影条件が静止画撮影である場合に、前記第１の読出しモードまたは前記第２の読出しモードに設定し、前記撮影条件が動画撮影である場合に、前記第１の読出しモード、第２の読み出しモードまたは前記第３の読出しモードのいずれかに設定することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１６】
前記制御ステップは、画素間引き読出しを行う場合に前記第１の読出しモード又は前記第２の読出しモードに設定し、画素加算読出しを行う場合に前記第３の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１７】
前記制御ステップは、動画撮影の際、高速モードでは前記第１の読出しモード又は前記第２の読出しモードに設定し、高画質モードでは前記第３の読出しモードに設定することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１８】
前記撮像素子は、前記複数の画素の各々で発生した電荷から変換された電圧信号を増幅するゲイン可変の増幅手段を有し、
前記制御ステップは、設定した読出しモードに応じて前記増幅手段のゲインを変更することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１９】
前記撮影条件は、撮影感度と、静止画撮影又は動画撮影の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項２０】
前記複数の接続スイッチは、前記複数の画素と同数設けられることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項２１】
前記第２の読出しモードにおいて、前記画素群に対応する前記複数の接続スイッチのうちの読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンすることにより、読出し対象となる画素のフローティングディフュージョンの容量を増加させることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項２２】
前記第２の読出しモードにおいて、前記読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンすることによるフローティングディフュージョンの増加容量が各画素で同じであることを特徴とする請求項２１に記載の撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影条件毎に撮像素子の動作条件を変更することができる、デジタルカメラなどの撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置には、ＣＭＯＳセンサーなどの撮像素子を撮影条件に応じた動作条件で動作させるものがある。例えば、撮影感度の上昇に伴って撮像素子の画素アンプの増幅率を高める撮像装置がある。そのため、各画素で発生した電荷を蓄積するフローティングディフュージョン部（ＦＤ）の容量を小さくしている。ところが、ＦＤの容量を小さくすると、転送可能な電荷量が少なくなって、所謂ダイナミックレンジが狭くなってしまう。
【０００３】
これに対処するため、例えば、ＦＤに接続されたＭＯＳトランジスタを用いてＦＤの容量を変化させてＦＤに保持される電荷量を可変とし、これによりダイナミックレンジを拡大させるようにした撮像装置が知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＦＤの容量が大きくなるとダイナミックレンジが大きくなるものの、ノイズが増加する。一方、ＦＤの容量を小さくすると既述のようにダイナミックレンジが狭くなってしまう。
【０００６】
特許文献１に記載の撮像装置では、ダイナミックレンジを拡大させることができるが、ノイズを低減するとともにダイナミックレンジを大きくすることは難しい。例えば、同一列の画素データを加算する際、ダイナミックレンジの拡大とノイズ低減とを両立させることが難しい。
【０００７】
本発明は、撮影条件に応じたダイナミックレンジを確保することができるとともに、ノイズの低減を行うことができる撮像装置およびその制御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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、複数の画素群と、各画素群に含まれる複数の画素に各々対応して設けられ、前記複数の画素の各々で発生した電荷を電圧信号に変換する複数のフローティングディフュージョン部と、前記複数の画素に各々対応して配された複数の接続スイッチと、前記複数の接続スイッチにより前記複数のフローティングディフュージョン部の各々が接続、遮断可能に配された接続線とを備えた撮像素子と、撮影条件に応じて、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオフにする第１の読出しモード、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチのうちの読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンにする第２の読出しモード、または各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオンにする第３の読出しモードのいずれかの読出しモードに設定する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の撮像装置の制御方法は、複数の画素群と、各画素群に含まれる複数の画素に各々対応して設けられ、前記複数の画素の各々で発生した電荷を電圧信号に変換する複数のフローティングディフュージョン部と、前記複数の画素に各々対応して配された複数の接続スイッチと、前記複数の接続スイッチにより前記複数のフローティングディフュージョン部の各々が接続、遮断可能に配された接続線とを備えた撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、撮影条件に応じて、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオフにする第１の読出しモード、各画素群に対応する前記複数の接続スイッチのうちの読出し対象となる画素に対応する接続スイッチのみをオンにする第２の読出しモード、または各画素群に対応する前記複数の接続スイッチの全てをオンにする第３の読出しモードのいずれかの読出しモードに設定する制御ステップを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮影条件にかかわらずダイナミックレンジを確保するとともに、ノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態による撮像装置の一例を示すブロック図である。
【図２Ａ】撮像装置の撮像素子の回路構成の一例の一部を示す図である。
【図２Ｂ】撮像素子の回路構成の残部を示す図である。
【図３Ａ】撮像装置の操作部の構成の一例を示すブロック図である。
【図３Ｂ】撮像装置の表示部に表示される動画撮影モード選択画面の一例を示す図である。
【図４】撮像装置の撮影動作を説明するためのフローチャートである。
【図５Ａ】低ＩＳＯ静止画撮影における撮像素子の動作タイミングを示すタイミング図である。
【図５Ｂ】図５Ａに続くタイミング図である。
【図６Ａ】高ＩＳＯ静止画撮影における撮像素子の動作タイミングを示すタイミング図である。
【図６Ｂ】図６Ａに続くタイミング図である。
【図７Ａ】高画質モードでの動画撮影における撮像素子の動作タイミングを示すタイミング図である。
【図７Ｂ】図７Ａに続くタイミング図である。
【図８Ａ】高速モードでの低ＩＳＯ動画撮影における撮像素子の動作タイミングを示すタイミング図である。
【図８Ｂ】図８Ａに続くタイミング図である。
【図９Ａ】高速モードでの高ＩＳＯ動画撮影における撮像素子の動作タイミングを示すタイミング図である。
【図９Ｂ】図９Ａに続くタイミング図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による撮像装置で用いられる撮像素子における各カラムアンプの構成を示す図である。
【図１１】静止画撮影におけるＩＳＯ感度とカラムアンプのゲインとの関係を示す図である。
【図１２】高画質モードでの動画撮影におけるＩＳＯ感度とカラムアンプのゲインとの関係を示す図である。
【図１３】高速モードでの動画撮影における撮影感度とカラムアンプのゲインとの関係を示す図である。
【図１４】カラー撮像装置である撮像装置が備える原色ベイヤー配列の色フィルタの一部分を示す図である。
【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の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置の一例を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、撮像装置１００は、例えばデジタルカメラであり、静止画像撮影機能および動画像撮影機能を備えている。撮像装置１００は、撮像装置１００を統括的に制御するＣＰＵ１０４と、撮影レンズ（図示せず）を通過した光学像が結像する撮像素子１０１とを有し、撮像素子１０１は、これに結像された光学像を電気信号（アナログ画素信号）に変換する。
【００１５】
撮像素子１０１から出力されたアナログ画素信号は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１０３でゲイン調整されるとともに、所定の量子化ビット数に応じてデジタル画像データに変換される。撮像装置１００のタイミングジェネレータ（ＴＧ）１０２は、ＣＰＵ１０４の制御下で撮像素子１０１およびＡＦＥ１０３の動作タイミングを制御する。
【００１６】
ＲＡＭ１０８は、ＡＦＥ１０３から出力される画像データおよび画像処理部１０９で処理された画像データを記憶するための画像メモリであり、ＣＰＵ１０４のワークメモリとしても用いられる。本例では、画像メモリおよびワークメモリとしてＲＡＭ１０８を用いるが、アクセス速度に問題ないものであれば、他のメモリを用いてもよい。
【００１７】
ＲＯＭ１０６には、ＣＰＵ１０４上で動作するプログラムが格納される。本例では、ＲＯＭ１０６としてフラッシュＲＯＭが用いられるが、アクセス速度に問題がないものであれば、他のメモリを用いてもよい。
【００１８】
画像処理部１０９は、静止画像および動画像の補正、圧縮等の処理を行う。インターフェース部（Ｉ／Ｆ）１１０は、外部記録部１１３とのインターフェースである。
【００１９】
外部記録部１１３は、Ｉ／Ｆ１１４、記録媒体１１５およびコネクタ１１６を有している。記録媒体１１５は、例えば、不揮発性メモリ又はハードディスクであり、画像データなどが記録される。そして、外部記録部１１３は、コネクタ１１６と撮像装置１００に備えられたコネクタ１１２とを介してＩ／Ｆ１１０と接続される。符号１１１は、ＣＰＵ１０４等が接続されたバスである。
【００２０】
本例では、コネクタ１１２，１１６によって撮像装置１００に対して着脱可能な外部記録部１１３に記憶媒体１１５を設けたが、撮像装置１００に不揮発性メモリ又はハードディスク等の記録媒体を内蔵するようにしてもよい。
【００２１】
操作部１０５は、ユーザが撮像装置１００に撮影命令を与えたり、撮像条件等を設定する際に用いられる。表示部１０７は、ＣＰＵ１０４の制御下で、画像データに応じた静止画像又は動画像の表示を行うとともに、メニュー等の表示を行う。
【００２２】
図２Ａ及び図２Ｂは、撮像素子１０１の回路構成の一例を示す図である。
【００２３】
図２Ａ及び図２Ｂにおいて、撮像素子１０１は有効画像領域を備え、この有効画像領域には２次元マトリックス状に複数の画素が配列されている。
【００２４】
なお、カラー撮像装置の場合、光は、撮像素子１０１に入射する前に色フィルタを通過する。色フィルタは、例えば、原色ベイヤー配列の色フィルタである。原色ベイヤー配列の色フィルタには、図１４にその一部分を示すように、Ｒ（赤）フィルタとＢ（青）フィルタと２つのＧ（緑）フィルタとを１単位とするものが撮像素子１０１の画素数に対応する数だけ設けられる。そして、従来公知の方法で、各画素の画素信号から、Ｒフィルタ、Ｂフィルタ及びＧフィルタに対応する各色の画素信号を生成することができる。図１４中、同一の記号（たとえばＧ１１）で示すフィルタに対応する画素同士は互いに接続可能である。これにより、例えば、同一列における同色の３つの画素信号を加算することができる。以下、各色を区別せずに簡略に説明する。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂでは、説明の便宜上、撮像素子１０１に２次元配置された画素のうち６行２列の画素のみが示されている。撮像素子１０１の有効画素領域において、第ｍ列目の第ｎ〜第（ｎ＋５）行目には、画素２０ａ〜２０ｆが配置され、第ｍの画素列の一部を構成している。また、第（ｍ＋１）列目の第ｎ〜第（ｎ＋５）行目には、画素２０ｇ〜２０ｌが配置され、第（ｍ＋１）の画素列の一部を構成している。各画素２０ａ〜２０ｌはフォトダイオード（ＰＤ）１および転送スイッチ２を備えている。
【００２６】
第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇの転送スイッチ２のゲートには垂直走査回路３５から転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）が供給され、第（ｎ＋１）行目の画素２０ｂおよび２０ｈの転送スイッチ２のゲートには転送制御信号ＰＴＸ（ｎ＋１）が供給される。同様に、画素２０ｃおよび２０ｉ、２０ｄおよび２０ｊ、２０ｅおよび２０ｋ、ならびに２０ｆおよび２０ｌの転送スイッチ２のゲートにはそれぞれ転送制御信号ＰＴＸ（ｎ＋２）、ＰＴＸ（ｎ＋３）、ＰＴＸ（ｎ＋４）、およびＰＴＸ（ｎ＋５）が供給される。
【００２７】
撮像素子１０１の有効画素領域には、画素２０ａ〜２０ｌにそれぞれ接続された信号転送部２１ａ〜２１ｌが配置されており、信号転送部２１ａ〜２１ｌの各々は、リセットスイッチ３、行選択スイッチ６、画素アンプ７およびフローティングディフュージョン部（ＦＤ）９を有している。フローティングディフュージョン部９は、フォトダイオード１で発生した電荷を電圧信号に変換する。
【００２８】
第ｎ行目の信号転送部２１ａおよび２１ｇにおいてリセットスイッチ３のゲートには垂直走査回路３５からリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）が供給され、行選択スイッチ６のゲートには垂直走査回路３５から選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）が供給される。第（ｎ＋１）行目の信号転送部２１ｂおよび２１ｈにおいてリセットスイッチ３のゲートには垂直走査回路３５からリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ＋１）が供給され、行選択スイッチ６のゲートには垂直走査回路３５から選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋１）が供給される。同様に、第（ｎ＋２）〜第（ｎ＋５）行目の信号転送部２１ｃおよび２１ｉ、２１ｄおよび２１ｊ、２１ｅおよび２１ｋ、ならびに２１ｆおよび２１ｌにおいて、リセットスイッチ３のゲートにはそれぞれリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ＋２）〜ＰＲＥＳ（ｎ＋５）が供給され、行選択スイッチ６のゲートには選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋２）〜ＰＳＥＬ（ｎ＋５）が供給される。
【００２９】
撮像素子１０１は、第ｍおよび第（ｍ＋１）の画素列のそれぞれに隣接し且つ列方向に延びる垂直出力線３６ａおよび３６ｂを有している。垂直出力線３６ａには信号転送部２１ａ〜２１ｆが接続され、垂直出力線３６ｂには信号転送部２１ｇ〜２１ｌが接続されている。
【００３０】
垂直出力線３６ａの一端側には定電流源２２ａが接続され、その他端側にはカラムアンプ（増幅手段）２３ａが接続されている。カラムアンプ２３ａは、垂直走査回路３５から与えられるゲート制御信号ＰＴＳ、ＰＴＮによってオン・オフ制御される転送ゲート２４ａおよび２５ａを介して、保持容量（保持メモリ）２６ａおよび２７ａに接続されている。そして、保持容量２６ａおよび２７ａは、それぞれ出力転送スイッチ２８ａおよび２９ａを介して水平出力線３０ａおよび３１ａに接続され、両スイッチは水平走査回路３４ａから与えられる水平制御信号ＰＨ（ｍ）によって駆動される。
【００３１】
水平出力線３０ａおよび３１ａには読出しアンプ３２ａが接続されている。読出しアンプ３２ａは、水平出力線３０ａおよび３１ａの差分出力に所定のゲインを乗じてアナログ出力信号を得、該信号をその出力端子３３ａ（以下、撮像素子１０１の出力端子と称することがある）から出力する。
【００３２】
垂直出力線３６ｂの一端側にはカラムアンプ（増幅手段）２３ｂが接続され、他端側には定電流源２２ｂが接続されている。カラムアンプ２３ｂは、垂直走査回路３５から与えられるゲート制御信号ＰＴＳ、ＰＴＮによってオン・オフ制御される転送ゲート２４ｂおよび２５ｂを介して、保持容量（保持メモリ）２６ｂおよび２７ｂに接続されている。保持容量２６ｂおよび２７ｂは、それぞれ出力転送スイッチ２８ｂおよび２９ｂを介して水平出力線３０ｂおよび３１ｂに接続され、両スイッチは水平走査回路３４ｂから与えられる水平制御信号ＰＨ（ｍ＋１）によって駆動される。
【００３３】
水平出力線３０ｂおよび３１ｂには読出しアンプ３２ｂが接続され、読出しアンプ３２ｂは、水平出力線３０ｂおよび３１ｂの差分出力に所定のゲインを乗じてアナログ出力信号を得、該信号をその出力端子３３ｂ（以下、撮像素子１０１の出力端子と称することがある）から出力する。
【００３４】
信号転送部２１ａ〜２１ｃにおいて、画素アンプ７のゲート８はそれぞれ接続スイッチ３７ａ〜３７ｃに接続され、該スイッチは共通の接続線３８ａに接続されている。また、信号転送部２１ｄ〜２１ｆにおいて画素アンプ７のゲート８はそれぞれ接続スイッチ３７ｄ〜３７ｆに接続され、該スイッチは共通の接続線３８ｂに接続されている。
【００３５】
同様に、信号転送部２１ｇ〜２１ｉにおいて、画素アンプ７のゲート８はそれぞれ接続スイッチ３７ｇ〜３７ｉに接続され、該スイッチは共通の接続線３８ｃに接続されている。信号転送部２１ｊ〜２１ｌにおいて、画素アンプ７のゲート８はそれぞれ接続スイッチ３７ｊ〜３７ｌに接続され、該スイッチは共通の接続線３８ｄに接続されている。
【００３６】
信号転送部２１ａ〜２１ｌにおいて、ＦＤ９は、接続スイッチ３７ａ〜３７ｌにより接続線３８ａ〜３８ｄに選択的に接続、遮断可能である。
【００３７】
第ｎ行目の接続スイッチ３７ａおよび３７ｇのゲートには垂直走査回路３５から与えられる接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）が供給される。同様に、第（ｎ＋１）〜第（ｎ＋５）行目の接続スイッチ３７ｂおよび３７ｈ、３７ｃおよび３７ｉ、３７ｄおよび３７ｊ、３７ｅおよび３７ｋ、ならびに３７ｆおよび３７ｌのゲートには、それぞれ垂直走査回路３５から与えられる接続制御信号ＰＦＤ（ｎ＋１）〜ＰＦＤ（ｎ＋５）が供給される。
【００３８】
信号転送部２１ａ〜２１ｌにおいて、画素アンプ７のゲート８からこれに対応する接続スイッチ３７ａ〜３７ｌまでの配線距離は互いに同一となっている。また、接続スイッチ３７ａ〜３７ｌからこれに対応する接続線３８ａ〜３８ｄまでの配線距離も互いに同一となっている。
【００３９】
接続スイッチ３７ａ〜３７ｌのいずれかを選択的にオンして、接続線３８ａ〜３８ｄの対応する一つに選択的に画素アンプ７のゲート８を接続すると、接続スイッチ３７ａ〜３７ｌのどれをオンした場合にも、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分が同じだけ増加する。
【００４０】
図３Ａは、操作部１０５の構成の一例を示す図であり、図３Ｂは表示部１０７に表示される動画撮影モード選択画面の一例を示す図である。
【００４１】
図３Ａに示すように、操作部１０５は、静止画撮影スイッチ（ＳＷ）１０５ａ、動画撮影スイッチ（ＳＷ）１０５ｂ、およびグラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ）操作部１０５ｃを有している。静止画撮影ＳＷ１０５ａが押圧されると、図示しない撮影感度選択画面が表示部１０７に表示される。撮影感度選択画面には、例えば、５つの選択肢「ＩＳＯ１００」、「ＩＳＯ２００」、「ＩＳＯ４００」、「ＩＳＯ８００」及び「ＩＳＯ１６００」が表示される。ユーザは、ＧＵＩ操作部１０５ｃを操作して５つの選択肢のいずれか１つを選択することができる。動画撮影ＳＷ１０５ｂが押圧されると、図３Ｂに示す動画撮影モード選択画面が表示部１０７に表示される。図示の例では、動画撮影モード選択画面には、２つの選択肢「３０ｆｐｓの高画質モード」および「６０ｆｐｓの高速モード」が表示されている。ユーザはＧＵＩ操作部１０５ｃで操作して、２つの選択肢のいずれか一方を選択することができる。
【００４２】
図４は、撮像装置１００の撮影動作を説明するためのフローチャートである。
【００４３】
ユーザが図３Ａに示す静止画撮影ＳＷ１０５ａまたは動画撮影ＳＷ１０ｂを押すと、図４の撮影動作が開始される。まず、ＣＰＵ１０４は静止画撮影ＳＷ１０５ａが押されたか否かを判定し、これにより静止画撮影モードが選択されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。静止画撮影ＳＷ１０５ａが押されて静止画撮影モードが選択されると（ステップＳ１０１において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０４は、撮影条件である撮影感度として低ＩＳＯ感度（低撮影感度）が選択されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００４４】
静止画撮影ＳＷ１０５ａの押圧に応じて表示部１０７に表示される撮影感度選択画面（図示略）でユーザが選択肢「ＩＳＯ１００」または「ＩＳＯ２００」を選択すると、ＣＰＵ１０４は低ＩＳＯ感度が選択されたと判定し（ステップＳ１０２において、ＹＥＳ）、低ＩＳＯ撮影用の設定（後述）を撮像素子１０１又はタイミングジェネレータ１０２に対して行い（ステップＳ１０３）、そして、静止画撮影を制御する（ステップＳ１０５）。
【００４５】
撮像素子１０１は第１〜第３の読出しモードのいずれかで動作可能であり、以下、低ＩＳＯ静止画撮影（第２の読出しモード）における撮像素子１０１の動作タイミングを説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、低ＩＳＯ静止画撮影における撮像素子１０１の動作タイミングを示す図である。撮像素子１０１は、ＣＰＵ１０４の制御下でタイミングジェネレータ１０２により制御される。なお、第２の読出しモードでは、接続スイッチの一部が順次オンされる。図示例において、例えば、第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇから画素信号を読み出す際には、読出し対象の画素２０ａ、２０ｇに対応する接続スイッチスイッチ３７ａ、３７ｇのみがオンされる。
【００４６】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、時間ａ１〜ａ２（全画素リセット期間）では、垂直走査回路３５は転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋５）をアクティブとする。これによって、全画素においてフォトダイオード１に蓄積された電荷は転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送される。
【００４７】
時刻ａ２において、垂直走査回路３５は転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋５）をネゲートする。これによって、全画素でフォトダイオード１がリセットされ、同時に電荷の蓄積を開始する。
【００４８】
期間ａ２〜ａ３内のあるタイミングにおいて、撮像素子１０１の外部の機構（図示せず）によって撮像素子１０１への入射光が遮断される。時刻ａ２から入射光が遮断されるまでの期間（蓄積期間）において全画素のフォトダイオード１に信号電荷が蓄積される。なお、本例では全画素において同時に信号電荷の蓄積を開始しているが、これに限定されない。また、フォトダイオード１のリセットは行毎にタイミングを異ならせるようにしてもよい。
【００４９】
時刻ａ３において、ＣＰＵ１０４によって１行の読み出し期間を示すタイミング信号ＨＤがアサートされる。続いて、時刻ａ４において第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇについて垂直転送（列転送）が開始される。すなわち、時刻ａ４では垂直走査回路３５は選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をアクティブとして、信号転送部２１ａおよび２１ｇの行選択スイッチ６をオンする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７と電流源２２ａおよび２２ｂとによって構成されるソース・フォロア回路が動作状態となる。
【００５０】
時刻ａ４では、垂直走査回路３５は接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）をアクティブとする。これによって、接続スイッチ３７ａおよび３７ｇがオンされる。信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７のゲート８に接続線３８ａ又は３８ｃが接続され、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分が例えば値”２Ｃ”に増加する。ここで、”Ｃ”はＦＤ９の容量を表す。
【００５１】
時刻ａ５において、垂直走査回路３５はリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々においてリセットスイッチ３がオンされて、ＦＤ９と接続線３８ａ又は３８ｃとによって規定される容量が初期化される。この結果、垂直出力線３６ａおよび３６ｂの各々にはリセット直後の信号レベル（所謂ダークレベル）の信号が出力される。
【００５２】
時刻ａ６において、垂直走査回路３５はリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をネゲートし、時刻ａ７でゲート制御信号ＰＴＮをアクティブとする。これによって、転送ゲート２５ａおよび２５ｂがオンして、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂを介してそれぞれ保持容量２７ａおよび２７ｂにダークレベルが保持される。
【００５３】
時刻ａ８において、垂直走査回路３５はゲート制御信号ＰＴＮをネゲートする。その後、時刻ａ９において、垂直走査回路３５は転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をアクティブにして、画素２０ａおよび２０ｇの転送スイッチ２をオンする。そして、各画素のフォトダイオード１に蓄積されている信号電荷が画素アンプ７で構成されるソース・フォロアのゲート８に転送される。この際、ソース・フォロアは転送された信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動して信号レベルが確定する。
【００５４】
垂直走査回路３５は、時刻ａ１０において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をネゲートし、時刻ａ１１においてゲート制御信号ＰＴＳをアクティブとする。これによって、転送ゲート２４ａおよび２４ｂがオンして、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂを介して信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。時刻ａ１２において、垂直走査回路３５はゲート制御信号ＰＴＳをネゲートして転送動作を完了する。
【００５５】
時刻ａ１２までの動作によって、保持容量２６ａおよび２６ｂには画素２０ａおよび２０ｇにおける信号レベルが保持され、保持容量２７ａおよび２７ｂには画素２０ａおよび２０ｇにおけるダークレベルが保持される。
【００５６】
画素２０ａおよび２０ｇからの垂直転送終了後の時刻ａ１３で、垂直走査回路３５は選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）および接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）をネゲートする。
【００５７】
次に、時間ａ１４〜ａ１５において、水平走査回路３４ａおよび３４ｂはそれぞれ水平制御信号ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）をアクティブとする。これによって、保持容量２６ａおよび２６ｂと保持容量２７ａおよび２７ｂとがそれぞれ水平出力線３０ａおよび３０ｂと水平出力線３１ａおよび３１ｂとに接続される。
【００５８】
読出しアンプ３２ａには画素２０ａにおけるダークレベルおよび信号レベルが入力され、読出しアンプ３２ａはその差分に所定ゲインを乗じて出力信号を得、該信号を出力端子３３ａから出力する。同様に、読出しアンプ３２ｂには画素２０ｇにおけるダークレベルと信号レベルが入力され、読出しアンプ３２ｂはその差分に所定ゲインを乗じて得た出力信号を出力端子３３ｂから出力する。時刻ａ１５において画素信号の出力が終了し、時刻ａ１６から次行の画素の読出しが開始される。
【００５９】
時間ａ１６〜ａ１７において、選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋１）、接続制御信号ＰＦＤ（ｎ＋１）、リセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ＋１）、転送制御信号ＰＴＸ（ｎ＋１）、ゲート制御信号ＰＴＮおよびＰＴＳ、そして、水平制御信号ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）が、時間ａ３〜ａ１６における第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇからの画素信号の読出しの場合と同様のタイミングで順次与えられる。これによって、第（ｎ＋１）行目の画素２０ｂおよび２０ｈから画素信号が出力される。
【００６０】
同様に、時間ａ１７〜ａ１８、ａ１８〜ａ１９、ａ１９〜ａ２０、及びａ２０〜ａ２１において、それぞれ第（ｎ＋２）〜第（ｎ＋５）行目の画素から画素信号が読み出される。
【００６１】
このようにして、撮像素子１０１の全行について読み出し動作を行うことよって、撮像素子１０１の全画素からアナログ画素信号が出力される。前述のように、撮像素子１０１から出力されたアナログ画素信号はＡＦＥ１０３において画像データに変換され、画像データは画像処理部１０９に入力される。画像処理部１０９において画像データに対して所定の処理が行われ、その結果得た静止画像データは記録媒体１１５に記録され、低ＩＳＯ静止画撮影が終了する。
【００６２】
再び図４を参照すると、ステップＳ１０５で静止画撮影の制御を行った後、ＣＰＵ１０４は撮影が終了したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。そして、撮影が終了していないと判定すると（ステップＳ１１２において、ＮＯ）、フローはステップＳ１０１に戻る。一方、撮影が終了したと判定すると（ステップＳ１１２において、ＹＥＳ）、撮像装置１００は撮影動作を終了する。
【００６３】
次に、高ＩＳＯ静止画撮影について説明する。
【００６４】
静止画撮影ＳＷ１０５ａの押圧に応じて表示部１０７に表示される撮影感度選択画面（図示略）でユーザがＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００またはＩＳＯ１６００を選択すると、ＣＰＵ１０４は低ＩＳＯ感度ではなく高ＩＳＯ感度（高撮影感度）が選択されたと判定し（ステップＳ１０２において、ＮＯ）、高ＩＳＯ撮影用の設定（後述）を撮像素子１０１又はタイミングジェネレータ１０２に対して行う（ステップＳ１０４）。その後、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１０４は静止画撮影を制御する。
【００６５】
図６Ａ及び図６Ｂは、高ＩＳＯ静止画撮影（第１の読出しモード）における撮像素子１０１の動作タイミングを示す図である。第１の読出しモードにおける動作タイミングは、図５Ａ及び図５Ｂに示す第２の読出しモードにおけるものと基本的には同一であり、簡略に説明する。
【００６６】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、全画素リセット期間ｂ１〜ｂ２において、転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋５）がアクティブにされ、これによって、全画素においてフォトダイオード１に蓄積された電荷は転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送される。
【００６７】
続いて、時刻ｂ２において、転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋５）をネゲートする。これによって、全画素でフォトダイオード１がリセットされ、同時に電荷の蓄積を開始する。
【００６８】
時間ｂ２から撮像素子１０１への入射光が遮断されるまでの蓄積期間において全画素のフォトダイオード１に信号電荷が蓄積される。
【００６９】
時刻ｂ３においてタイミング信号ＨＤがアサートされ、時刻ｂ４において第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇについて垂直転送が開始される。つまり、時刻ｂ４では選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をアクティブとして、信号転送部２１ａおよび２１ｇの行選択スイッチ６をオンする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７と電流源２２ａおよび２２ｂとによって構成されるソース・フォロア回路が動作状態となる。
【００７０】
この際、接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）はネゲートされたままである。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７のゲート８には接続線３８ａ又は３８ｃが接続されず、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分はＦＤ９の容量”Ｃ”に等しいままである。
【００７１】
時刻ｂ５において、リセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々においてリセットスイッチ３がオンされて、ＦＤ９と接続線３８ａ又は３８ｃとによって規定される容量が初期化される。この結果、垂直出力線３６ａおよび３６ｂの各々にはリセット直後の信号レベル（ダークレベル）の信号が出力される。
【００７２】
時刻ｂ６において、リセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をネゲートし、時刻ｂ７でゲート制御信号ＰＴＮをアクティブとする。これによって、転送ゲート２５ａおよび２５ｂがオンして、保持容量２７ａおよび２７ｂにダークレベルが保持される。
【００７３】
時刻ｂ８においてゲート制御信号ＰＴＮをネゲートし時刻ｂ９において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をアクティブにして、画素２０ａおよび２０ｇの転送スイッチ２をオンする。そして、各画素のフォトダイオード１に蓄積されている信号電荷がソース・フォロアのゲート８に転送され、ソース・フォロアは転送された信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動して信号レベルが確定する。
【００７４】
時刻ｂ１０において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をネゲートし、時刻ｂ１１においてゲート制御信号ＰＴＳをアクティブとする。これによって、転送ゲート２４ａおよび２４ｂがオンして、信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。時刻ｂ１２において、ゲート制御信号ＰＴＳをネゲートする。
【００７５】
時刻ｂ１２までの動作によって、保持容量２６ａおよび２６ｂには画素２０ａおよび２０ｇにおける信号レベルが保持され、保持容量２７ａおよび２７ｂには画素２０ａおよび２０ｇにおけるダークレベルが保持される。
【００７６】
時刻ｂ１３で選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をネゲートし、接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）をネゲートしたままにする。
【００７７】
時間ｂ１４〜ｂ１５において、水平制御信号ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）をアクティブとする。これによって、保持容量２６ａおよび２６ｂと保持容量２７ａおよび２７ｂとがそれぞれ水平出力線３０ａおよび３０ｂと水平出力線３１ａおよび３１ｂとに接続される。
【００７８】
読出しアンプ３２ａ、３２ｂの各々には画素２０ａにおけるダークレベルおよび信号レベルまたは画素２０ｇにおけるダークレベルと信号レベルが入力され、その差分に所定ゲインを乗じて得た出力信号が出力される。時刻ｂ１５において画素信号の出力が終了し、時刻ｂ１６から次行の画素の読出しが開始される。
【００７９】
時間ｂ１６〜ｂ１７において、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋１）、ＰＦＤ（ｎ＋１）、ＰＲＥＳ（ｎ＋１）、ＰＴＸ（ｎ＋１）、ＰＴＮおよびＰＴＳ、そしてＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）が、第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇからの画素信号の読出しと同様のタイミングで順次与えられる。これによって、第（ｎ＋１）行目の画素２０ｂおよび２０ｈから画素信号が出力される。
【００８０】
同様に、時間ｂ１７〜ｂ１８、ｂ１８〜ｂ１９、ｂ１９〜ｂ２０、及びｂ２０〜ｂ２１において、それぞれ第（ｎ＋２）〜第（ｎ＋５）行目の画素から画素信号が読み出される。
【００８１】
このようにして、撮像素子１０１の全画素から画素信号が出力され、画素信号から得た静止画像データが記録媒体１１５に記録されて、高ＩＳＯ静止画撮影が終了する。
【００８２】
次に、動画撮影モードが選択された場合について説明する。
【００８３】
図３Ａに示す静止画撮影ＳＷ１０５ａまたは動画撮影ＳＷ１０５ｂの押圧に応じて開始される図４の撮影動作では、既述のように、ＣＰＵ１０４は静止画撮影ＳＷ１０５ａが押されて静止画撮影モードが選択されたか否かをステップＳ１０１で判定する。ステップＳ１０１の判別結果がＮＯであると、ＣＰＵ１０４は、動画撮影ＳＷ１０５ｂが押圧されて動画撮影モードが選択された判定し、フローはステップＳ１０６に進む。
【００８４】
動画撮影ＳＷ１０５ｂを押し下げた際には図３Ｂに示す動画撮影モード選択画面が表示部１０７に表示され、ユーザは図３Ａに示すＧＵＩ操作部１０５ｃを操作して、モード選択画面に表示される選択肢「高画質モード」または「高速モード」のいずれかを選択する。
【００８５】
ステップＳ１０６では、ＣＰＵ１０４は高画質モード（Ｆｕｌｌ  ＨＤモード）が選択されたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６での判別結果がＹＥＳであれば、ＣＰＵ１０４は、高画質モードでの動画撮影用の設定（後述）を撮像素子１０１又はタイミングジェネレータ１０２に対して行い（ステップＳ１０７）、動画撮影を制御する（ステップＳ１１１）。
【００８６】
図７Ａ及び図７Ｂは、高画質モードでの動画撮影における撮像素子１０１の動作タイミング（第３の読出しモード）を示す図である。第３の読出しモードにおける動作タイミングは、図６Ａ及び図６Ｂ及び図５Ａ、図５Ｂに示す第１及び第２の読出しモードにおけるものと基本的には同一であり、簡略に説明する。
【００８７】
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、時間ｃ１〜ｃ２において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋２）をアクティブとする。これによって、第ｎ〜第（ｎ＋２）行目の画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉの各々において、フォトダイオード１に蓄積された電荷は転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送され、フォトダイオード１はリセットされる。
【００８８】
次に、時間ｃ３〜ｃ４において、転送制御信号ＰＴＸ（ｎ＋３）〜ＰＴＸ（ｎ＋５）をアクティブとする。これによって、第（ｎ＋３）〜第（ｎ＋５）行目の画素２０ｄ〜２０ｆおよび２０ｊ〜２０ｌの各々において、フォトダイオード１の電荷が転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送されて、フォトダイオード１はリセットされる。
【００８９】
このように、高画質モードでの動画撮影の場合には、３行単位で所定の時間間隔でフォトダイオード１のリセットが順次行われ、フォトダイオード１がリセットされてから画素信号の読出しまでの期間（蓄積期間）においてフォトダイオード１に信号電荷が蓄積される。
【００９０】
時刻ｃ５においてタイミング信号ＨＤがアサートされ、時刻ｃ６において第ｎ行〜第（ｎ＋２）行目の画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉについて垂直転送が開始される。つまり、時刻ｃ６において選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をアクティブとして、第ｎ行目の信号転送部２１ａ、２１ｇの行選択スイッチ６をオンする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７と電流源２２ａおよび２２ｂとによって構成されるソース・フォロア回路が動作状態となる。
【００９１】
時刻ｃ６では、接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）〜ＰＦＤ（ｎ＋２）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａ〜２１ｃの各々において、画素アンプ７のゲート８に接続線３８ａが接続され、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分が、例えば、ＦＤ９の容量”Ｃ”の４倍の値４Ｃに増加する。
【００９２】
同様に、信号転送部２１ｇ〜２１ｉの各々において、画素アンプ７のゲート８に接続線３８ｃが接続され、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分が例えば値”４Ｃ”に増加する。
【００９３】
時刻ｃ７において、リセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）〜ＰＲＥＳ（ｎ＋２）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａ〜２１ｃおよび２１ｇ〜２１ｉの各々において、リセットスイッチ３がオンされて、接続線３８ａ又は３８ｃと、３つのＦＤ９からなる１組のＦＤとによって規定される容量が初期化され、垂直出力線３６ａおよび３６ｂの各々にはダークレベルの信号が出力される。
【００９４】
時刻ｃ８においてリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）〜ＰＲＥＳ（ｎ＋２）をネゲートし、時刻ｃ９においてゲート制御信号ＰＴＮをアクティブとする。これによって、転送ゲート２５ａおよび２５ｂがオンして、保持容量２７ａおよび２７ｂにダークレベルが保持される。
【００９５】
時刻ｃ１０においてゲート制御信号ＰＴＮをネゲートし、時刻ｃ１１において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋２）をアクティブにして、画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉの転送スイッチ２をオンする。そして、フォトダイオード１に蓄積されている信号電荷が画素アンプ７で構成されるソース・フォロアのゲート８に転送される。この際、ソース・フォロアは転送された信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動して信号レベルが確定する。
【００９６】
各ソース・フォロアへの電荷転送では加算読出しが行われる。すなわち、第ｍ列目の画素２０ａ〜２０ｃの各々のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が加算され、加算した信号がソース・フォロアへ転送される。同様に、第（ｍ＋１）列目の画素２０ｇ〜２０ｉの各々のフォトダイオード１に蓄積された信号電荷が加算され、加算した信号がソース・フォロアへ転送される。
【００９７】
時刻ｃ１２において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）〜ＰＴＸ（ｎ＋２）をネゲートし、時刻ｃ１３においてゲート制御信号ＰＴＳをアクティブとする。これによって、転送ゲート２４ａおよび２４ｂがオンして、信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。時刻ｃ１４においてゲート制御信号ＰＴＳをネゲートして転送動作を完了する。
【００９８】
時刻ｃ１４までの動作によって、保持容量２６ａおよび２６ｂにはそれぞれ画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉから加算読出しされた信号レベルが保持され、保持容量２７ａおよび２７ｂにはそれぞれ画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉにおけるダークレベルが保持される。
【００９９】
画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉからの垂直転送終了後の時刻ｃ１５において選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）と接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）〜ＰＦＤ（ｎ＋２）とをネゲートする。
【０１００】
次に、時間ｃ１６〜ｃ１７において水平制御信号ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）をアクティブとする。これによって、保持容量２６ａおよび２６ｂと保持容量２７ａおよび２７ｂとがそれぞれ水平出力線３０ａおよび３０ｂと水平出力線３１ａおよび３１ｂとに接続される。
【０１０１】
読出しアンプ３２ａ、３２ｂの各々には画素２０ａ〜２０ｃにおけるダークレベルおよび加算後の信号レベルまたは画素２０ｇ〜２０ｉにおけるダークレベルと加算後の信号レベルが入力され、その差分に所定ゲインを乗じて得た出力信号が出力される。時刻ｃ１７において画素信号の出力が終了し、時刻ｃ１８から次の３行の画素の読出しが開始される。
【０１０２】
時間ｃ１８〜ｃ１９において、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋３）、ＰＦＤ（ｎ＋３）〜ＰＦＤ（ｎ＋５）、ＰＲＥＳ（ｎ＋３）〜ＰＲＥＳ（ｎ＋５）、ＰＴＸ（ｎ＋３）〜ＰＴＸ（ｎ＋５）、ＰＴＮおよびＰＴＳ、そしてＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）が、第ｎ行〜第（ｎ＋２）行目の画素からの画素信号の読出しと同様のタイミングで順次与えられる。これによって、第（ｎ＋３）行〜第（ｎ＋５）行目の画素２０ｄ〜２０ｆおよび２０ｊ〜２０ｌから画素信号が出力される。
【０１０３】
このようにして、撮像素子１０１について読み出し動作を行うと、撮像素子１０１の全画素の３分の１の画素から画素信号が出力される。そして、画素信号から得た動画像データが記録媒体１１５に記録され、高画質モードにおける動画撮影が終了する。
【０１０４】
図４の撮影動作において、図３Ｂに示す動画撮影モード選択画面で選択肢「高速モード」が選択された場合、ＣＰＵ１０４は、高画質モードでなく高速モードが選択されたと判定し（ステップＳ１０６において、ＮＯ）、続いて、撮影感度として低ＩＳＯ感度が選択されたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。
【０１０５】
低ＩＳＯ感度が選択されたと判定すると（ステップＳ１０８において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０４は、低ＩＳＯ撮影用の設定を撮像素子１０１又はタイミングジェネレータ１０２に対して行い（ステップＳ１０９）、動画撮影を制御する（ステップＳ１１１）。
【０１０６】
図８Ａ及び図８Ｂは、高速モードでの低ＩＳＯ動画撮影における撮像素子１０１の動作タイミングを示す図である。図８Ａ及び図８Ｂに示す動作タイミングは、図７Ａ及び図７Ｂに示すものと基本的には同一である。
【０１０７】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、時間ｄ１〜ｄ２において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をアクティブとする。これによって、第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇの各々において、フォトダイオード１に蓄積された電荷は転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送され、フォトダイオード１はリセットされる。
【０１０８】
次に、時間ｄ３〜ｄ４において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ＋５）をアクティブとする。これによって、第（ｎ＋５）行目の画素２０ｆおよび２０ｌの各々において、フォトダイオード１の電荷が転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送され、フォトダイオード１はリセットされる。
【０１０９】
このように、高速モードでの動画撮影の場合には、５行間隔かつ所定の時間間隔でフォトダイオード１のリセットが順次行われ、フォトダイオード１がリセットされてから画素信号の読出しまでの蓄積期間においてフォトダイオード１に信号電荷が蓄積される。
【０１１０】
時刻ｄ５においてタイミング信号ＨＤがアサートされ、時刻ｄ６において第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇについて垂直転送が開始される。つまり、時刻ｄ６において選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をアクティブとして、第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇの行選択スイッチ６をオンする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７と電流源２２ａおよび２２ｂとによって構成されるソース・フォロア回路が動作状態となる。
【０１１１】
時刻ｄ６では接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７のゲート８に接続線３８ａ又は３８ｃが接続され、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分が、例えば、ＦＤ９の容量”Ｃ”の２倍の値２Ｃに増加する。
【０１１２】
時刻ｄ７においてリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、リセットスイッチ３がオンされて、ＦＤ９と接続線３８ａ又は３８ｃとによって規定される容量が初期化され、垂直出力線３６ａおよび３６ｂの各々にはダークレベルの信号が出力される。
【０１１３】
時刻ｄ８においてリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をネゲートし、時刻ｄ９においてゲート制御信号ＰＴＮをアクティブとする。これによって、転送ゲート２５ａおよび２５ｂがオンして、保持容量２７ａおよび２７ｂにダークレベルが保持される。
【０１１４】
時刻ｄ１０においてゲート制御信号ＰＴＮをネゲートし、時刻ｄ１１において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をアクティブにして、画素２０ａおよび２０ｇの転送スイッチ２をオンする。そして、フォトダイオード１に蓄積されている信号電荷が画素アンプ７で構成されるソース・フォロアのゲート８に転送される。この際、ソース・フォロアは転送された信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動して信号レベルが確定する。
【０１１５】
時刻ｄ１２において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をネゲートし、時刻ｄ１３においてゲート制御信号ＰＴＳをアクティブとする。これによって、転送ゲート２４ａおよび２４ｂがオンして、信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。時刻ｄ１４においてゲート制御信号ＰＴＳをネゲートして転送動作を完了する。
【０１１６】
時刻ｄ１４までの動作によって、保持容量２６ａおよび２６ｂにはそれぞれ画素２０ａおよび２０ｇにおける信号レベルが保持され、保持容量２７ａおよび２７ｂにはそれぞれ画素２０ａおよび２０ｇにおけるダークレベルが保持される。
【０１１７】
画素２０ａおよび２０ｇからの垂直転送終了後の時刻ｄ１５において選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）および接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）をネゲートする。次に、時間ｄ１６〜ｄ１７において水平制御信号ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）をアクティブとする。これによって、保持容量２６ａおよび２６ｂと保持容量２７ａおよび２７ｂとがそれぞれ水平出力線３０ａおよび３０ｂと水平出力線３１ａおよび３１ｂとに接続される。
【０１１８】
読出しアンプ３２ａ、３２ｂの各々には画素２０ａにおけるダークレベルおよび信号レベルまたは画素２０ｇにおけるダークレベルと信号レベルが入力され、その差分に所定ゲインを乗じて得た出力信号が出力される。時刻ｄ１７において画素信号の出力が終了し、時刻ｄ１８から次行の画素の読出しが開始される。
【０１１９】
時間ｄ１８〜ｄ１９において、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋５）、ＰＦＤ（ｎ＋５）、ＰＲＥＳ（ｎ＋５）、ＰＴＸ（ｎ＋５）、ＰＴＮおよびＰＴＳ、そしてＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）が、第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇからの画素信号の読出しの場合と同様のタイミングで順次与えられる。これによって、第（ｎ＋５）行目の画素２０ｆおよび２０ｌから画素信号が出力される。
【０１２０】
このようにして、撮像素子１０１について読み出し動作を行うと、撮像素子１０１の全画素の５分の１の画素から画素信号が出力される。そして、画素信号から得た動画像データが記録媒体１１５に記録され、高速モードでの低ＩＳＯ動画撮影が終了する。
【０１２１】
図４の撮影動作において、表示部１０７に表示される図示しない撮影感度選択画面上でユーザが高ＩＳＯ感度を選択すると、ＣＰＵ１０４は、低ＩＳＯ感度でなく高ＩＳＯ感度が選択されたと判定し（ステップＳ１０８において、ＮＯ）、高速モードでの高ＩＳＯ撮影用の設定を撮像素子１０１又はタイミングジェネレータ１０２に対して行う（ステップＳ１１０）。その後、ＣＰＵ１０４は、動画撮影を制御する（ステップＳ１１１）。
【０１２２】
図９Ａ及び図９Ｂは、高速モードでの高ＩＳＯ動画撮影における撮像素子１０１の動作タイミングを示す図である。図９Ａ及び図９Ｂに示す動作タイミングは、図８Ａ及び図８Ｂに示すものと基本的には同一である。
【０１２３】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、時間ｅ１〜ｅ２において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をアクティブとする。これによって、第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇの各々において、フォトダイオード１に蓄積された電荷は転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送されて、フォトダイオード１はリセットされる。
【０１２４】
次に、時間ｅ３〜ｅ４において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ＋５）をアクティブとする。これによって、第（ｎ＋５）行目の画素２０ｆおよび２０ｌの各々において、フォトダイオード１の電荷が転送スイッチ２を介して画素アンプ７のゲート８に転送されて、フォトダイオード１はリセットされる。
【０１２５】
時刻ｅ５においてタイミング信号ＨＤがアサートされ、時刻ｅ６において第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇについて垂直転送が開始される。つまり、時刻ｅ６において選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をアクティブとして、第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇの行選択スイッチ６をオンする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７と電流源２２ａおよび２２ｂとによって構成されるソース・フォロア回路が動作状態となる。
【０１２６】
この際、接続制御信号ＰＦＤ（ｎ）はネゲートされたままである。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、画素アンプ７のゲート８には接続線３８ａ又は３８ｃが接続されず、画素アンプ７のゲート８に接続される容量成分はＦＤ９の容量”Ｃ”に等しいままである。
【０１２７】
時刻ｅ７においてリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をアクティブとする。これによって、信号転送部２１ａおよび２１ｇの各々において、リセットスイッチ３がオンされて、ＦＤ９と接続線３８ａ又は３８ｃとによって規定される容量が初期化され、垂直出力線３６ａおよび３６ｂの各々にはダークレベルの信号が出力される。
【０１２８】
時刻ｅ８においてリセット制御信号ＰＲＥＳ（ｎ）をネゲートし、時刻ｅ９においてゲート制御信号ＰＴＮをアクティブとする。これによって、転送ゲート２５ａおよび２５ｂがオンして保持容量２７ａおよび２７ｂにダークレベルが保持される。
【０１２９】
時刻ｅ１０においてゲート制御信号ＰＴＮをネゲートし、時刻ｅ１１において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をアクティブにして画素２０ａおよび２０ｇの転送スイッチ２をオンする。そして、フォトダイオード１に蓄積されている信号電荷が画素アンプ７で構成されるソース・フォロアのゲート８に転送される。この際、ソース・フォロアは転送された信号電荷に見合う分だけリセットレベルから電位が変動して信号レベルが確定する。
【０１３０】
時刻ｅ１２において転送制御信号ＰＴＸ（ｎ）をネゲートし、時刻ｅ１３においてゲート制御信号ＰＴＳをアクティブとする。これによって、転送ゲート２４ａおよび２４ｂがオンして信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。時刻ｅ１４においてゲート制御信号ＰＴＳをネゲートする。
【０１３１】
時刻ｅ１４までの動作によって、保持容量２６ａおよび２６ｂにはそれぞれ画素２０ａおよび２０ｇにおける信号レベルが保持され、保持容量２７ａおよび２７ｂにはそれぞれ画素２０ａおよび２０ｇにおけるダークレベルが保持される。
【０１３２】
画素２０ａおよび２０ｇからの垂直転送終了後の時刻ｅ１５において選択制御信号ＰＳＥＬ（ｎ）をネゲートする。次に、時間ｅ１６〜ｅ１７において水平制御信号ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）をアクティブとする。これによって、保持容量２６ａおよび２６ｂと保持容量２７ａおよび２７ｂとがそれぞれ水平出力線３０ａおよび３０ｂと水平出力線３１ａおよび３１ｂとに接続される。
【０１３３】
読出しアンプ３２ａ、３２ｂの各々には画素２０ａにおけるダークレベルおよび信号レベルまたは画素２０ｇにおけるダークレベルと信号レベルが入力され、その差分に所定ゲインを乗じて得た出力信号が出力される。時刻ｅ１７において画素信号の出力が終了し、時刻ｅ１８から次行の画素の読出しが開始される。
【０１３４】
時間ｅ１８〜ｅ１９において、制御信号ＰＳＥＬ（ｎ＋５）、ＰＦＤ（ｎ＋５）、ＰＲＥＳ（ｎ＋５）、ＰＴＸ（ｎ＋５）、ＰＴＮおよびＰＴＳ、そして、ＰＨ（ｍ）およびＰＨ（ｍ＋１）が、第ｎ行目の画素２０ａ、２０ｇからの画素信号の読出しの場合と同様のタイミングで順次与えられる。これによって、第（ｎ＋５）行目の画素２０ｆおよび２０ｌから画素信号が出力される。
【０１３５】
このようにして、撮像素子１０１について読み出し動作を行うと、撮像素子１０１の全画素の５分の１の画素について画素信号が出力される。そして、画素信号から得た動画像データが記録媒体１１５に記録され、高速モードでの高ＩＳＯ動画撮影が終了する。
【０１３６】
上述した第１の実施形態では、低ＩＳＯ静止画撮影の際、画素アンプ７に接続される容量成分を増加させるようにしたので、ダイナミックレンジを確保することができる。一方、高ＩＳＯ静止画撮影の際には、画素アンプ７に接続される容量成分をＦＤ９の容量に等しいままとして画素アンプ７のゲインを高くするようにしたので、撮像素子１０１の後段におけるゲインを小さくすることができる結果、ノイズを低減することができる。
【０１３７】
また、高画質モードでの動画撮影の際に、同一列に配された複数組の画素からの画素信号を各組の画素ごとに加算し、これにより画質を向上させることができる。さらに、高速モードでは読出し対象画素数を少なくした間引き読出しを行うようにしたので、フレームレートを高くすることができる。加えて、低ＩＳＯ撮影の場合には、画素アンプ７に接続される容量成分を増加させるようにしたので、ダイナミックレンジを確保することができる。一方、高ＩＳＯ撮影の場合には、画素アンプ７に接続される容量成分をＦＤ９の容量のままとして、画素アンプ７のゲインを高くするようにしたので、撮像素子１０１の後段におけるゲインを小さくすることができ、ノイズを低減することができる。
【０１３８】
第１の実施形態では、撮影感度に応じて画素アンプ７のゲートを接続線に順次接続するようにしたが、これに限定されない。例えば、ライブビュー等で測定した被写体の輝度が高いか否かを図４に対応するフローチャートで判定し、被写体が高輝度の場合には接続線に画素アンプ７のゲートを接続して画素アンプ７に接続される容量成分を増加させるようにしてもよい。そして、被写体が低輝度の場合には、画素アンプのゲートを接続線に接続することなく画素アンプに接続される容量成分をＦＤの容量のままとしてノイズの影響を低減するようにしてもよい。
【０１３９】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態による撮像装置の一例について説明する。なお、本実施形態による撮像装置の構成は、図２Ａ及び図２Ｂに示すカラムアンプ２３ａおよび２３ｂに対応するカラムアンプ（増幅手段）を除き、図１に示す撮像装置１００と同様である。
【０１４０】
図１０は、本実施形態の撮像素子１０１における各カラムアンプの構成を示す図である。
【０１４１】
図１０のカラムアンプはゲイン可変であり、後述するようにしてゲインの変更が行われる。カラムアンプは、撮像素子１０１の画素から順次出力された画素信号をクランプする入力容量３０３を含み、入力容量３０３は差動アンプ３０１の反転入力端子（−）に接続されている。この差動アンプ３０１の非反転入力端子（＋）には参照電圧３０２が与えられる。
【０１４２】
カラムアンプは、第１〜第６のフィードバック容量３０４〜３０９と該フィードバック容量３０４〜３０９のそれぞれに直列に接続された第１〜第６のモード選択スイッチ３１０〜３１５とからなる第１〜第６のカラムアンプ素子を含む。第１〜第６のカラムアンプ素子は互いに並列に接続されている。フィードバック容量３０４〜３０９のそれぞれの一端は差動アンプ３０１の反転入力端子に接続され、モード選択スイッチ３１０〜３１５のそれぞれの一端は差動アンプ３０１の出力端子に接続されている。
【０１４３】
さらに、カラムアンプはリセットスイッチ３１６を含み、リセットスイッチ３１６は第１〜第６のカラムアンプ素子と並列に接続されている。リセットスイッチ３１６がオンされると、差動アンプ３０１がリセットされる。
【０１４４】
差動アンプ３０１のゲインは、モード選択スイッチ３１０〜３１５のいずれがオンしているかに応じて変化する。差動アンプ３０１のゲインは、入力容量３０３の容量値をオンしたモード選択スイッチの容量値で除して得た値で表される。
【０１４５】
本実施形態では、フィードバック容量３０４〜３０９は、入力容量３０３の容量値の１倍、１／２倍、１／４倍、１／８倍、１／１６倍および１／３２倍の容量値をそれぞれ有している。すなわち、モード選択スイッチ３１０〜３１５のいずれか一つをオンすることにより、差動アンプ３０１のゲイン（すなわちカラムアンプのゲイン）として１倍、２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍のゲインを選択することができ、選択したゲインで入力画素信号を増幅することができる。
【０１４６】
次に、本実施形態による撮像装置の撮影動作について説明する。撮像装置の撮影動作は、カラムアンプ（以下、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂという）の動作を除き、第１の実施形態のものと同一である。以下、カラムアンプ２３ａ、２３ｂの動作を主に説明する。
【０１４７】
低ＩＳＯ静止画撮影の際、撮像装置の撮像素子１０１は図５Ａ及び図５Ｂに示す動作タイミングで動作する。図５Ａ及び図５Ｂ中、時間ａ４〜ａ５で、撮像素子１０１の垂直走査回路３５はタイミングジェネレータ１０２の制御下でカラムアンプ２３ａ、２３ｂのリセットスイッチ３１６をオンにする。これによって、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂがリセットされる。
【０１４８】
時間ａ５〜ａ１２における電荷転送の際、垂直走査回路３５は、ユーザが選択したＩＳＯ感度に応じてモード選択スイッチ３１０または３１１をオンにする。ＩＳＯ１００が選択された場合には、モード選択スイッチ３１０がオンされて差動アンプ３０１のゲインが１倍とされる。ＩＳＯ２００が選択された場合には、モード選択スイッチ３１１がオンされてアンプ３０１のゲインが２倍とされる。
【０１４９】
このゲイン選択状態での撮像素子１０１の時刻ａ１２までの動作によって、第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇの信号レベルに選択されたＩＳＯ感度に応じて１倍又は２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後の信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。また、画素２０ａおよび２０ｇのダークレベルに１倍又は２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後のダークレベルが保持容量２７ａおよび２７ｂに保持される。その後、時間ａ１４〜ａ１５で、撮像素子１０１の出力端子３３ａ、３３ｂから１倍又は２倍のゲインが乗算された出力信号が出力される。他の行も同様である。
【０１５０】
高ＩＳＯ静止画撮影の際、撮像素子１０１は図６Ａ及び図６Ｂに示す動作タイミングで動作する。図６Ａ及び図６Ｂ中、時間ｂ４〜ｂ５でカラムアンプ２３ａ、２３ｂのリセットスイッチ３１６をオンにする。これによって、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂがリセットされる。時間ｂ５〜ｂ１２における電荷転送の際、ユーザが選択したＩＳＯ感度に応じてモード選択スイッチ３１１、３１２または３１３がオンされる。ＩＳＯ４００が選択された場合には、モード選択スイッチ３１１がオンされて差動アンプ３０１のゲインが２倍とされ、ＩＳＯ８００が選択された場合には、モード選択スイッチ３１２がオンされてアンプ３０１のゲインが４倍にされ、ＩＳＯ１６００が選択された場合にはモード選択スイッチ３１３がオンされてアンプ３０１のゲインが８倍とされる。
【０１５１】
このゲイン選択状態での撮像素子１０１の時刻ｂ１２までの動作によって、第ｎ行目の画素２０ａおよび２０ｇの信号レベルに選択されたＩＳＯ感度に応じて２倍、４倍または８倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後の信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。また、画素２０ａおよび２０ｇのダークレベルに２倍、４倍または８倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後のダークレベルが保持容量２７ａおよび２７ｂに保持される。その後、時間ｂ１４〜ｂ１５で、撮像素子１０１の出力端子３３ａ、３３ｂから２倍、４倍または８倍のゲインが乗算された出力信号が出力される。他の行も同様である。
【０１５２】
高画質モードでの動画撮影の際、撮像素子１０１は図７Ａ及び図７Ｂに示す動作タイミングで動作する。図７Ａ及び図７Ｂ中、時間ｃ６〜ｃ７で、カラムアンプ２３ａ、２３ｂのリセットスイッチ３１６をオンにする。これによって、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂがリセットされる。時間ｃ７〜ｃ１４における電荷転送の際、ユーザが選択したＩＳＯ感度に応じて第２〜第６のモード選択スイッチ３１１〜３１５のいずれかがオンされる。ＩＳＯ１００、ＩＳＯ２００、ＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００、およびＩＳＯ１６００のいずれかが選択された場合には、モード選択スイッチ３１２〜３１５の対応する一つがオンされて差動アンプ３０１のゲインとして２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍のゲインが選択される。
【０１５３】
このゲイン選択状態での撮像素子１０１の時刻ｃ１２までの動作によって、第ｎ〜第（ｎ＋２）行目の画素２０ａ〜２０ｃの信号を加算して得た信号レベルに選択されたＩＳＯ感度に応じて２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後の信号レベルが保持容量２６ａに保持される。また、第ｎ〜第（ｎ＋２）行目の画素２０ｇ〜２０ｉの信号を加算した信号レベルに選択されたＩＳＯ感度に応じて２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後の信号レベルが保持容量２６ｂに保持される。第ｎ〜第（ｎ＋２）行目の画素２０ａ〜２０ｃおよび２０ｇ〜２０ｉのダークレベルに２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後のダークレベルがそれぞれ保持容量２７ａおよび２７ｂに保持される。
【０１５４】
その後、時間ｃ１６〜ｃ１７で、撮像素子１０１の出力端子３３ａ、３３ｂから２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍のゲインが乗算された出力信号が出力される。他の行も同様である。
【０１５５】
高速モードでの低ＩＳＯ動画撮影の際、撮像素子１０１は図８Ａ及び図８Ｂに示す動作タイミングで動作する。図８Ａ及び図８Ｂ中、時間ｄ６〜ｄ７でカラムアンプ２３ａ、２３ｂのリセットスイッチ３１６がオンされ、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂがリセットされる。時間ｄ７〜ｄ１４における電荷転送の際、ユーザが選択したＩＳＯ感度がＩＳＯ１００であるかＩＳＯ２００であるかに応じて、モード選択スイッチ３１０または３１１がオンされて差動アンプ３０１のゲインとして１倍または２倍のゲインが選択される。
【０１５６】
このゲイン選択状態での撮像素子１０１の時刻ｄ１２までの動作によって、画素２０ａおよび２０ｇの信号レベルに選択されたＩＳＯ感度に応じて１倍又は２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後の信号レベルが保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。また、画素２０ａおよび２０ｇのダークレベルに１倍又は２倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後のダークレベルがそれぞれ保持容量２７ａおよび２７ｂに保持される。その後、時間ｄ１６〜ｄ１７で、撮像素子１０１の出力端子３３ａ、３３ｂから１倍又は２倍のゲインが乗算された出力信号が出力される。他の行も同様である。
【０１５７】
高速モードでの高ＩＳＯ動画撮影の際、撮像素子１０１は図９Ａ及び図９Ｂに示す動作タイミングで動作する。図９Ａ及び図９Ｂ中、時間ｅ６〜ｅ７でカラムアンプ２３ａ、２３ｂのリセットスイッチ３１６がオンされ、カラムアンプ２３ａおよび２３ｂがリセットされる。時間ｅ７〜ｅ１４における電荷転送の際、ユーザが選択したＩＳＯ感度がＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００およびＩＳＯ１６００のいずれであるかに応じて、モード選択スイッチ３１１、３１２または３１３がオンされて差動アンプ３０１のゲインとしてゲインが２倍、４倍または８倍のゲインが選択される。
【０１５８】
このゲイン選択状態での撮像素子１０１の時刻ｅ１２までの動作によって、画素２０ａおよび２０ｇの信号レベルに選択されたＩＳＯ感度に応じて２倍、４倍または８倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後の信号レベルがそれぞれ保持容量２６ａおよび２６ｂに保持される。また、画素２０ａおよび２０ｇのダークレベルに２倍、４倍または８倍のゲインが乗算され、ゲイン乗算後のダークレベルがそれぞれ保持容量２７ａおよび２７ｂに保持される。その後、時間ｅ１６〜ｅ１７、撮像素子１０１の出力端子３３ａ、３３ｂから２倍、４倍または８倍のゲインが乗算された出力信号が出力される。他の行も同様である。
【０１５９】
図１１は、静止画撮影におけるＩＳＯ感度とカラムアンプ２３ａおよび２３ｂの各々のゲインとの関係を示す図である。
【０１６０】
前述したように、静止画撮影において低ＩＳＯ感度すなわちＩＳＯ１００またはＩＳＯ２００が選択された場合には、読出し動作の際に画素アンプ７に接続される容量成分をＦＤ９の容量Ｃの２倍の値２Ｃに増加させるので、画素アンプ７のゲインは、画素アンプ７に接続される容量成分がＦＤ９の容量Ｃである場合に比べて１／２に低下する。本実施形態では、図１１に示すように、選択された撮影感度がＩＳＯ１００またはＩＳＯ２００である場合には、カラムアンプのゲインを１倍または２倍とする。一方、撮影感度がＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００またはＩＳＯ１６００である場合には、カラムアンプのゲインを２倍、４倍または８倍とする。
【０１６１】
これによって、読出し動作の際における画素アンプとカラムアンプとの合計ゲインはＩＳＯ１００、ＩＳＯ２００、ＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００、ＩＳＯ１６００のそれぞれで１／２倍、１倍、１倍、２倍、４倍のゲインになる。
【０１６２】
図１２は、高画質モードでの動画撮影におけるＩＳＯ感度とカラムアンプ２３ａおよび２３ｂの各々のゲインとの関係を示す図である。
【０１６３】
動画撮影において高画質モードであると、前述したように、読出し動作の際、同一列の３画素に係る画素アンプを接続線に接続して画素アンプに接続される容量成分をＦＤ９の容量”Ｃ”の４倍の値４Ｃに増加させる。これによって、画素アンプのゲインは、画素アンプを接続線に接続しない場合に比べて１／４に低下する。
【０１６４】
本実施形態では、図１２に示すように、ＩＳＯ１００、ＩＳＯ２００、ＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００またはＩＳＯ１６００が選択された場合においてそれぞれカラムアンプのゲインを２倍、４倍、８倍、１６倍または３２倍にする。この結果、読出し動作の際の画素アンプとカラムアンプとの合計ゲインはＩＳＯ１００、ＩＳＯ２００、ＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００、ＩＳＯ１６００で１／２倍、１倍、２倍、４倍、８倍のゲインになる。
【０１６５】
図１３は、高速モードでの動画撮影における撮影感度とカラムアンプ２３ａおよび２３ｂの各々のゲインとの関係を示す図である。
【０１６６】
高速モードでの動画撮影では、前述したように、低ＩＳＯ感度すなわちＩＳＯ１００またはＩＳＯ２００が選択された場合には、読出し動作の際に画素アンプ７に接続される容量成分をＦＤ９の容量”Ｃ”の２倍の値２Ｃに増加させるので、画素アンプのゲインは、容量成分が値Ｃである場合に比べて１／２に低下する。
【０１６７】
本実施形態では、図１３に示すように、撮影感度がＩＳＯ１００またはＩＳＯ２００である場合には、カラムアンプのゲインを１倍または２倍とする。一方、撮影感度がＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００またはＩＳＯ１６００である場合には、それぞれカラムアンプのゲインを２倍、４倍または８倍とする。この結果、読出し動作の際には、画素アンプとカラムアンプの合計ゲインがＩＳＯ１００、ＩＳＯ２００、ＩＳＯ４００、ＩＳＯ８００、ＩＳＯ１６００のそれぞれで１／２倍、１倍、１倍、２倍、４倍のゲインになる。
【０１６８】
以上のように、撮影モード（静止画撮影又は動画撮影）と撮影条件（撮影感度および高画質モード又は高速モード）とに応じて、画素アンプを接続線に選択的に接続して画素アンプに接続される容量成分を変化させ、また、カラムアンプのゲインを変化させる。これによって、撮影モードに拘わらず同一のＩＳＯ感度において画素アンプとカラムアンプの合計ゲインを実質同一にすることができる。
【０１６９】
さらに、高撮影感度での静止画撮影の場合にはゲインを低く設定すればノイズを低減することができる。
【０１７０】
なお、第２の実施形態では、カラムアンプのゲインを画素アンプに接続される容量成分に応じて設定するようにしたが、これに限定されない。例えば、カラムアンプゲイン以外の、撮像素子で用いられる他のゲイン、又は、ＡＦＥ、画像処理部などの撮像素子外で用いられるゲインを画素アンプに接続される容量成分に応じて設定するようにしてもよい。
【０１７１】
上述の説明から明らかなように、接続スイッチ３７ａ〜３７ｌと接続線３８ａ〜３８ｄとがクレームに定義された本発明のスイッチ手段を構成する。また、ＣＰＵ１０４、タイミングジェネレータ１０２、および垂直走査回路３５が本発明の制御手段として機能する。
【０１７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１７３】
１  フォトダイオード
７  画素アンプ
９  フローティングディフュージョン部
１０１  撮像素子
１０２  タイミングジェネレータ
１０４  ＣＰＵ
２０ａ〜２０ｌ  画素
２１ａ〜２１ｌ  信号転送部
３７ａ〜３７ｌ  接続スイッチ
３８ａ〜３８ｄ  接続線
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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