(57)【要約】【課題】被写体を照明する照明部、特にフラッシュ光のような閃光を発する照明部を用いる場合でも露出制御が可能であり、暗電流によるノイズが少なく良好な画像が得られる撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像素子の画素上に遮光部材を設け、該遮光部材を移動させることで光電変換部への入射光の遮光を制御することで、フラッシュ光のような閃光を発する照明部を用いる場合でも露出制御が可能であり、暗電流によるノイズが少なく良好な画像が得られる撮像装置を提供することができる。【選択図】図１
2007329803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を有する画素が２次元状に配置された撮像素子と、
前記光電変換部への入射光の全部または一部を遮光するための遮光部材であって、少なくとも１辺の長さが、ある画素の並び方向に並んだ画素行と当該画素行に隣接する画素行との距離よりも短い遮光片が端部で相互に連結された前記遮光部材と、前記遮光部材の位置を前記光電変換部の上で移動させるための遮光駆動部とを含む遮光デバイスとを備えた撮像装置において、
被写体を照明する照明部と、
前記遮光部材が行う前記光電変換部への入射光の全部または一部の遮光動作を、前記照明部の発光と関連付けて制御する撮像制御部とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像制御部は、前記遮光部材の遮光動作を、前記照明部の発光と同期させて制御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】
前記撮像制御部は、前記遮光部材の遮光量を、前記照明部の発光と同期させて制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、被写体を照明する照明部と、撮像素子上に光電変換部を覆う遮光部材とを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラや携帯電話用カメラモジュール等の撮像素子にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型撮像素子が用いられてきた。それに対して、最近では、ＣＣＤ型撮像素子の欠点であるスミアやブルーミングが発生しにくく、電源電圧も低くてよいといった特長から、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型撮像素子が用いられることが多くなってきている。
【０００３】
ＣＭＯＳ型撮像素子では、画素内に配置された光電変換部により入射光を電荷に変換して、映像信号を得る。光電変換部としては例えばフォトＭＯＳゲートやフォトダイオードが用いられ、一定の露光時間の間、光入射により発生する電荷を蓄積する構造になっており、かかる時間が経過後、蓄積された電荷量に応じた画像信号を出力する。
【０００４】
電荷蓄積可能な量は有限であるため、強い光が入射した場合、電荷が飽和してしまい、適正な出力信号を得ることができない。これを防ぐため、フィルタや絞りなどの光学的手段により、光入射を制限した場合、今度は弱い光入射に対して蓄積電荷量が少なすぎて、出力信号が周辺のノイズに埋もれてしまい、適正な出力信号を得ることができない。
【０００５】
すなわち、ＣＭＯＳ型撮像素子には、適正な出力信号を得ることができる入射光量範囲（ダイナミックレンジ；以後、Ｄレンジと言う）が存在する。そして、その範囲は一般に、銀塩フィルムが持つＤレンジ（通常はラチチュードと呼ばれる）に比べて狭い。従って、ＣＭＯＳ型撮像素子における露出制御の要求精度は、銀塩フィルムに比べて厳しい。
【０００６】
特に、被写体を照明する手段としてフラッシュ光を用いる場合には、フラッシュ光の閃光時間が最大でも数マイクロ秒と非常に短いため、通常の機械式の絞りやシャッタを用いる露出制御では露出のバラツキが大きく、ＣＭＯＳ型撮像素子の要求する露出精度を得ることは困難である。
【０００７】
そこで、ＣＭＯＳ型撮像素子においては、フラッシュ光の露出制御に電子シャッタが用いられる（例えば、特許文献１参照）。電子シャッタを用いることで、フラッシュ光の短い閃光時間中に露出を終了することができ、ＣＭＯＳ型撮像素子の要求する露出精度を得ることが可能となる。
【０００８】
一方、マイクロマシン技術の進歩に伴い、撮像素子の画素上に各画素の開口部の一部分を遮光する遮光マスクを設け、マイクロアクチュエータを用いて遮光マスクの位置を切り換えて複数回撮像することで、画素数を増やすことなく高解像度化する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２０６２７号公報
【特許文献２】特開平８−１６３４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、後に図３および図４で詳述するが、特許文献１に記載の方法のように電子シャッタを用いてフラッシュ光の露出制御を行うと、得られた画像信号が出力されるまでの間に信号に暗電流によるノイズが重畳され、良好な画像が得られないという課題が発生する。
【００１０】
また、特許文献２の方法は、遮光マスクの画素の開口部に対する相対的な遮光位置が変化することによって時系列的に開口位置を切り換えることで高解像度化するのみで、遮光量を制御するものではなく、露出制御に関する提案ではない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被写体を照明する照明部、特にフラッシュ光のような閃光を発する照明部を用いる場合でも露出制御が可能であり、暗電流によるノイズが少なく良好な画像が得られる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】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
１．光電変換部を有する画素が２次元状に配置された撮像素子と、
前記光電変換部への入射光の全部または一部を遮光するための遮光部材であって、少なくとも１辺の長さが、ある画素の並び方向に並んだ画素行と当該画素行に隣接する画素行との距離よりも短い遮光片が端部で相互に連結された前記遮光部材と、前記遮光部材の位置を前記光電変換部の上で移動させるための遮光駆動部とを含む遮光デバイスとを備えた撮像装置において、
被写体を照明する照明部と、
前記遮光部材が行う前記光電変換部への入射光の全部または一部の遮光動作を、前記照明部の発光と関連付けて制御する撮像制御部とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【００１４】
２．前記撮像制御部は、前記遮光部材の遮光動作を、前記照明部の発光と同期させて制御することを特徴とする１に記載の撮像装置。
【００１５】
３．前記撮像制御部は、前記遮光部材の遮光量を、前記照明部の発光と同期させて制御することを特徴とする１に記載の撮像装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、撮像素子の画素上に遮光部材を設け、該遮光部材を移動させることで光電変換部への入射光の遮光を制御することで、フラッシュ光のような閃光を発する照明部を用いる場合でも露出制御が可能であり、暗電流によるノイズが少なく良好な画像が得られる撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。尚、各図中、同一符号は同一または相当部分を示し、重複する説明は省略する。
【００１８】
まず初めに、本発明における撮像装置の構成を、図１を用いて説明する。図１は、撮像装置の内部構成を示すブロック図である。図１において、撮像装置１は、操作部１１１、制御部１５１、撮像部１６０、レンズ２１１、レンズ駆動部２２１、照明部１４１、測光部１７１、表示部１３１、記録媒体１９１等で構成されている。
【００１９】
撮像部１６０は、撮像制御部１６１、撮像素子１６２、アナログデジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と言う）１６４、画像処理部１６５、遮光制御部１６７、遮光デバイス１６２ｘ等で構成されている。遮光デバイス１６２ｘは撮像素子１６２の撮像面上に設けられ、レンズ２１１から撮像素子１６２に入射する光の遮光を制御する。遮光デバイス１６２ｘの動作は、撮像制御部１６１の制御下で遮光制御部１６７が出力する遮光デバイス制御信号ＭＳにより制御される。
【００２０】
撮像素子１６２の撮像信号Ｖｓは、Ａ／Ｄ変換器１６４によりデジタルデータに変換され、画像処理部１６５で所定の処理が施されて、画像データ１６５ａとして撮像制御部１６１に入力される、撮像部１６０の動作は、制御部１５１の制御下で撮像制御部１６１により制御される。撮像制御部１６１に入力された画像データ１６５ａは、制御部１５１を介して、例えばメモリカード等で構成される記録媒体１９１に記録され、必要に応じて、例えば液晶表示パネル等で構成される表示部１３１に表示される。
【００２１】
操作部１１１は、撮像装置１の撮像や画像記録および画像表示等の各種動作の開始や終了の入力および撮像モードや記録モード等の各種設定の入力等に用いられ、各種操作の信号は制御部１５１に入力される。照明部１４１は、例えばキセノン管とフラッシュ回路等で構成され、制御部１５１により発光制御される。
【００２２】
測光部１７１は、例えば受光素子と測光回路等で構成され、制御部１５１の制御下でフラッシュ光を含む被写体からの光を測光し、測光信号を制御部１５１に入力する。ここでは、測光部１７１は被写体からの光を直接測光する所謂外光式の測光部として図示したが、レンズ２１１を通った被写体からの光を測光する所謂ＴＴＬ方式の測光部であってもよい。制御部１５１は、上述した各種動作の全てを制御する。
【００２３】
次に、撮像装置１に用いられる撮像素子１６２の構成を、図２を用いて説明する。図２は、撮像素子１６２の内部構成を示すブロック図である。図２において、撮像素子１６２はＣＭＯＳ型の撮像素子であり、その撮像面１６２ａ上には、水平と垂直にマトリクス状に配列された複数の画素１６２ｂ、垂直走査回路１６２ｃ、サンプルホールド回路１６２ｄ、出力回路１６２ｅ、出力アンプ１６２ｇ、水平走査回路１６２ｆおよびタイミングジェネレータ１６２ｈ等が配置され、画素１６２ｂの各水平行毎の並びと垂直走査回路１６２ｃとは行選択線１６２ｉで結ばれ、画素１６２ｂの各垂直列毎の並びとサンプルホールド回路１６２ｄとは垂直信号線１６２ｊで結ばれている。
【００２４】
ここでは、サンプルホールド回路１６２ｄは、垂直信号線１６２ｊの一本につき図示しない２個のキャパシタを備えており、図４および図６で後述する撮像素子１６２の駆動方法において、一方のキャパシタに各画素のノイズを含む撮像信号Ｖｏｕｔを保持し、他方のキャパシタに各画素のノイズ信号Ｖｎｏｉｓｅを保持し、その差分をとる、所謂ＣＤＳ（相関二重サンプリング）動作を行い、ノイズ除去を行う。
【００２５】
撮像素子１６２の撮像動作は、撮像制御部１６１からの撮像制御信号１６１ａに従って、タイミングジェネレータ１６２ｈによって制御され、撮像素子１６２の出力である撮像信号Ｖｓは、Ａ／Ｄ変換器１６４に入力される。
【００２６】
次に、撮像素子１６２の画素１６２ｂの構成について、図３を用いて説明する。図３は、画素１６２ｂの構成の一例を示す回路図である。図３において、画素１６２ｂは、光電変換部として機能するフォトダイオードＰＤと、４個のＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（以下、トランジスタと言う）Ｑ１乃至Ｑ４とで構成されている。フォトダイオードＰＤは、低ノイズ化の観点から、埋め込み型フォトダイオードとすることが望ましい。ここに、ＶＤＤは電源電位、ＧＮＤは接地電位、リセット信号φＲＳＴ、転送信号φＴＸ、画素出力信号φＶはそれぞれ各トランジスタを駆動するための制御信号である。
【００２７】
画素１６２ｂに入射する光は、フォトダイオードＰＤにより光電変換されて光電流Ｉｐに変換され、寄生容量Ｃｐに光電荷Ｑｐとして蓄積される。トランジスタＱ１は転送ゲートと呼ばれ、そのゲート端子に入力される転送信号φＴＸによって制御されて、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに蓄積された光電荷ＱｐをフローティングディフュージョンＦＤに完全転送する。転送された光電荷ＱｐはフローティングディフュージョンＦＤに保持され、光信号Ｖｐとなる。
【００２８】
トランジスタＱ２はリセットゲートと呼ばれ、そのゲート端子に入力されるリセット信号φＲＳＴによって制御されて、フローティングディフュージョンＦＤの電位Ｖｆｄを電源電位ＶＤＤにリセットする。リセットされたフローティングディフュージョンＦＤには、リセットノイズＶｒｎが残存する。トランジスタＱ３はソースフォロア回路を構成し、そのゲート端子に接続されているフローティングディフュージョンＦＤの電位Ｖｆｄ（＝ＶｐまたはＶｒｎ）を低インピーダンス化する。
【００２９】
トランジスタＱ４は行選択トランジスタと呼ばれ、そのゲート端子が接続された行選択線１６２ｉに入力される画素出力信号φＶによって制御されて、トランジスタＱ３によって低インピーダンス化されたフローティングディフュージョンＦＤの電位Ｖｆｄ（＝ＶｐまたはＶｒｎ）を垂直信号線１６２ｊに出力する。
【００３０】
次に、本発明の課題である「電子シャッタを用いてフラッシュ光の露出制御を行うと、画像に暗電流によるノイズが重畳され、良好な画像が得られない」という問題点について、図４を用いて詳述する。図４は、図３に示した撮像素子１６２の画素１６２ｂの駆動方法を示すタイミングチャートで、図４（ａ）は撮像素子の全画素が同時に駆動される撮像時のタイミングチャート、図４（ｂ）は、図４（ａ）に引き続き、各水平画素行毎に順次駆動される撮像信号出力時のタイミングチャートである。
【００３１】
図４（ａ）において、タイミングｔ４１からｔ４２で転送信号φＴＸが高電位Ｈにされることで、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに蓄積された光電荷ＱｐがトランジスタＱ１を介してフローティングディフュージョンＦＤに完全転送され、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐがリセットされる。同時にリセット信号φＲＳＴが高電位Ｈにされることで、フローティングディフュージョンＦＤがトランジスタＱ２を介して電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【００３２】
タイミングＴ４２で転送信号φＴＸが低電位Ｌにされることで、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに定常光による光電荷Ｑｐの蓄積が開始される。同時にリセット信号φＲＳＴが低電位Ｌにされることで、フローティングディフュージョンＦＤがフローティング状態にされる。この時、フローティングディフュージョンＦＤにはリセットノイズＶｒｎが残存する。タイミングｔ４２から測光部１７１の測光が開始される。
【００３３】
タイミングｔ４３でフラッシュの発光開始信号ＴＲＧが高電位にされることで、フラッシュ光ＦＬの発光が開始される。測光部１７１での測光により撮像素子１６２の露光量が適正露出に達したと判断されると、タイミングｔ４４で測光部１７１から露出完了信号ＳＰが出力され、露出完了信号ＳＰに同期して転送信号φＴＸが高電位Ｈにされることで、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに蓄積された光電荷ＱｐがトランジスタＱ１を介してフローティングディフュージョンＦＤに完全転送され、光信号ＶｐとしてフローティングディフュージョンＦＤに保持される。
【００３４】
光電荷Ｑｐの転送完了後、タイミングｔ４５で転送信号φＴＸが速やかに低電位Ｌに戻されることで、フォトダイオードＰＤとフローティングディフュージョンＦＤとがトランジスタＱ１によって切り離される。
【００３５】
これによって、図４（ａ）に示したように、フラッシュ光ＦＬの発光途中で全画素同時に電子シャッタを閉じることができ、フラッシュ光の照明下での露出制御が行える。ここに、タイミングｔ４２からｔ４５の間が露出時間ＳＳである。以上の動作が全画素同時に行われる撮像動作で、タイミングｔ４５の段階で、各画素のフローティングディフュージョンＦＤに各画素の光信号Ｖｐが保持されている。
【００３６】
次に、図４（ｂ）において、タイミングｔ５１からｔ５２で水平ｊ行目の画素行の行選択線１６２ｉに印加される画素出力信号φＶｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフローティングディフュージョンＦＤに保持されている光信号Ｖｐが、トランジスタＱ３およびＱ４を介して、水平ｊ行目の画素行の各画素の撮像信号Ｖｏｕｔとして垂直信号線１６２ｊに出力され、サンプルホールド回路１６２ｄのＣＤＳ用キャパシタの一方に保持される。
【００３７】
タイミングｔ５３からｔ５４で水平ｊ行目の画素行のリセット信号φＲＳＴｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフローティングディフュージョンＦＤがトランジスタＱ２を介して電源電位ＶＤＤにリセットされる。この時、リセット動作に伴ってリセットノイズが発生し、フローティングディフュージョンＦＤにリセットノイズＶｒｎとして残存する。
【００３８】
タイミングｔ５５からｔ５６で再び水平ｊ行目の画素行の画素出力信号φＶｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフローティングディフュージョンＦＤに残存しているリセットノイズＶｒｎが、各画素のノイズ信号Ｖｎｏｉｓｅとして垂直信号線１６２ｊに出力され、サンプルホールド回路１６２ｄのＣＤＳ用キャパシタの他方に保持される。
【００３９】
サンプルホールド回路１６２ｄでは、２つのＣＤＳ用キャパシタに保持された水平ｊ行目の各画素の撮像信号Ｖｏｕｔとノイズ信号Ｖｎｏｉｓｅとの差分がとられることでノイズ除去が行われる。タイミングｔ５７からｔ５８で、ノイズ除去された撮像信号Ｖｓが、水平転送信号φＨに同期して、出力回路１６２ｅから出力アンプ１６２ｇを介して出力され、Ａ／Ｄ変換器１６４に入力される。続いて水平（ｊ＋１）行目の画素行の撮像信号Ｖｓの出力動作に移り、撮像素子１６２の全水平画素行について同様の動作が順次行われる。
【００４０】
上述したように、各画素の撮像信号Ｖｏｕｔの出力は水平画素行毎に順次行われるので、水平画素行毎にタイミングｔ４５から出力までの時間が異なり、出力までの時間が長い画素行では、長時間にわたって各画素のフローティングディフュージョンＦＤに光信号Ｖｐを保持しておく必要がある。しかしながら、フローティングディフュージョンＦＤはその構造から暗電流が大きく、長時間の電荷保持により暗電流ノイズが光信号Ｖｐに混入する量が増し、結果として良好な画像を得ることができないという問題点が発生する。
【００４１】
次に、図４で説明した本発明の課題を解決する方法について、図５乃至図７を用いて説明する。図５は、本発明の一実施の形態である撮像素子と遮光デバイスを示す図であって、撮像素子１６２の撮像面１６２ａ上に遮光デバイス１６２ｘが配置された例を示した模式図である。
【００４２】
図５において、撮像素子１６２の構成は図２に示したと同様で、画素１６２ｂはフォトダイオードＰＤを備え、水平および垂直方向にマトリクス状に配列されている。ここでは水平、垂直共に４画素ずつの１６画素の撮像素子として例示したが、これに限るものではないのはもちろんである。
【００４３】
各水平画素行の上には、各水平画素行毎に遮光デバイス１６２ｘの構成要素の一つである遮光部材６２３が配置され、各遮光部材６２３は、図の右端の撮像素子１００上で画素の配列された領域外で、連結部６２１により垂直方向に連結されて一体化されている。遮光部材６２３は、フォトダイオードＰＤへの入射光の全部または一部を遮光するような大きさに設定されている。
【００４４】
遮光部材６２３の垂直方向の連結部６２１の裏面には、遮光駆動部１６２ｙを構成する第２の櫛歯状電極６２７が設けられ、撮像素子１６２上の画素の配置された領域外で第２の櫛歯状電極６２７に対向する部分の表面には第１の櫛歯状電極６２５が設けられており、第１の櫛歯状電極６２５と第２の櫛歯状電極６２７の間に印加される電圧の制御により、全画素の遮光部材６２３を一括して移動させて全画素の遮光面積を同時に変化させることができる。これによって、画素１６２ｂの露光量を制御したり、撮像素子１６２の全画素同時露出が行えるシャッタ機能を実現することができる。
【００４５】
本実施の形態によれば、遮光部材６２３の移動量はフォトダイオードＰＤの大きさ程度で、略数マイクロメートル程度と非常に小さいため、遮光動作の高速化が可能であり、従来の機械式シャッタに比べて格段に高速のシャッタを実現することができる。さらに、従来のフォーカルプレーンシャッタのように撮像素子上の位置によって露光のタイミングが異なるといったことがなく、全画素同時露光が行えるので、フラッシュ光のような閃光であっても露出制御が可能である。
【００４６】
図５に示した例では、遮光部材６２３は、画素の水平行毎に設けられているが、これに限らず、垂直列毎に設けられ、画素領域外で水平に連結されてもよい。また、図５に示した例では、遮光部材６２３は片側（図の右側）だけで垂直方向に連結されているが、図の左側にも連結部６２１を設け、左側の連結部６２１にも第１の櫛歯状電極６２５および第２の櫛歯状電極６２７を設けてもよい。この場合、連結部６２１を配置する部分の面積が大きくなる欠点はあるが、遮光部材６２３を駆動する力が大きくなり、機械的強度も増すので、より高速なシャッタ機能が実現できる。
【００４７】
図５に示したように、遮光部材６２３の少なくとも一辺の長さａは、画素１６２ｂの並びの列と列の間の距離（以下、列間距離と言う）ｄよりも短く設定されている。ここで、列間距離ｄについて図６を用いて詳述する。図６は、列間距離ｄの定義について説明するための画素１６２ｂの配列を示す模式図である。
【００４８】
図６（ａ）において、矩形の画素１６２ｂが水平および垂直方向にマトリクス状に配列されている場合、例えば水平方向の隣り合うｎ列目の画素の並びＨｎとｎ＋１列目の画素の並びＨｎ＋１とを考えると、列間距離ｄはＨｎとＨｎ＋１の間の距離つまり画素ピッチＤｈとなる。垂直方向についても同様の考え方でよい。
【００４９】
一方、図６（ｂ）に示した、六角形の画素１６２ｂが稠密に配列された構造（所謂ハニカム構造）の撮像素子においては、水平および垂直方向については図６（ａ）と同様でよいが、斜め方向については、図６（ｂ）に示した斜め方向の隣り合うｎ列目の画素の並びＨｎとｎ＋１列目の画素の並びＨｎ＋１とを考えると、列間距離ｄはＨｎとＨｎ＋１の間の距離つまり斜め画素ピッチＤｂとなる。このように画素の配列に応じて列間距離が複数存在する場合、遮光部材６２３の少なくとも一辺の長さａは少なくとも一つの列間距離ｄよりも短く設定されている。
【００５０】
図７は、図５に示した撮像素子１６２の画素１６２ｂと遮光デバイス１６２ｘとの駆動方法を示すタイミングチャートで、図７（ａ）は撮像素子の全画素と遮光デバイス１６２ｘとが同時に駆動される撮像時のタイミングチャート、図７（ｂ）は、図７（ａ）に引き続き、各水平画素行毎に順次駆動される撮像信号出力時のタイミングチャートである。ここに、画素１６２ｂの回路は図３に示したものと同じである。
【００５１】
図７（ａ）において、初期状態では遮光デバイス制御信号ＭＳが低電位Ｌに設定されており、この状態では、遮光部材６２３はフォトダイオードＰＤを完全に遮光しているものとする。タイミングｔ６１からｔ６２で転送信号φＴＸが高電位Ｈにされることで、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに蓄積された光電荷ＱｐがトランジスタＱ１を介してフローティングディフュージョンＦＤに完全転送され、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐがリセットされる。同時にリセット信号φＲＳＴが高電位Ｈにされることで、フローティングディフュージョンＦＤがトランジスタＱ２を介して電源電位ＶＤＤにリセットされる。
【００５２】
タイミングｔ６２で転送信号φＴＸが低電位Ｌにされることで、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに定常光による光電荷Ｑｐの蓄積が可能となるが、このタイミングでは遮光デバイス制御信号ＭＳが低電位Ｌのままであるので、遮光部材６２３はフォトダイオードＰＤを完全に遮光したままであり、定常光による光電荷Ｑｐの蓄積は開始されない。同時にリセット信号φＲＳＴが低電位Ｌにされることで、フローティングディフュージョンＦＤがフローティング状態にされる。この時、フローティングディフュージョンＦＤにはリセットノイズＶｒｎが残存する。
【００５３】
タイミングｔ６３で遮光デバイス制御信号ＭＳが高電位Ｈにされることで、遮光部材６２３がフォトダイオードＰＤを完全に遮光する位置から移動されてフォトダイオードＰＤに被写体からの定常光が入射し、フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐへの定常光による光電荷Ｑｐの蓄積、つまり撮像が開始される。同時に、測光部１７１の測光が開始される。
【００５４】
遮光部材６２３の移動量は、測光部１７１による事前の測光結果から求められた入射光量から算出され、通常のレンズの絞り値制御と同様に、入射光量を何パーセント減光すればよいかによって決定される。もちろん、遮光部材６２３をフォトダイオードＰＤ上から完全に移動させ、レンズの絞りを用いて入射光量を減光してもよい。
【００５５】
タイミングｔ６４でフラッシュの発光開始信号ＴＲＧが高電位にされることで、フラッシュ光ＦＬの発光が開始される。測光部１７１での測光により撮像素子１６２の露光量が適正露出に達したと判断されると、タイミングｔ６５で測光部１７１から露出完了信号ＳＰが出力され、露出完了信号ＳＰに同期して、タイミングｔ６６で遮光デバイス制御信号ＭＳが低電位Ｌにされることで、遮光部材６２３がフォトダイオードＰＤを完全に遮光し、撮像が終了される。フォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに蓄積された光電荷Ｑｐは、そのまま寄生容量Ｃｐに保持される。
【００５６】
これによって、図７（ａ）に示したように、フラッシュ光ＦＬの発光途中で、遮光デバイス１６２ｘによって全画素同時にフォトダイオードＰＤを遮光することができ、フラッシュ光の照明下での露出制御が行える。ここに、タイミングｔ６３からｔ６６の間が露出時間ＳＳである。以上の動作が全画素同時に行われる撮像動作で、タイミングｔ６６の段階で、各画素のフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに各画素の光電荷Ｃｐが保持されている。フォトダイオードＰＤは埋め込み型フォトダイオードで構成されているために暗電流が非常に小さく、長時間の保持によってもノイズによる影響は非常に少ない。
【００５７】
次に、図７（ｂ）において、タイミングｔ７１からｔ７２で水平ｊ行目の画素行のリセット信号φＲＳＴｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフローティングディフュージョンＦＤがトランジスタＱ２を介して電源電位ＶＤＤにリセットされる。この時、リセット動作に伴ってリセットノイズが発生し、フローティングディフュージョンＦＤにリセットノイズＶｒｎとして残存する。
【００５８】
タイミングｔ７３からｔ７４で水平ｊ行目の行選択線１６２ｉに印加される画素出力信号φＶｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフローティングディフュージョンＦＤに残存しているリセットノイズＶｒｎが、各画素のノイズ信号Ｖｎｏｉｓｅとして垂直信号線１６２ｊに出力され、サンプルホールド回路１６２ｄのＣＤＳ用キャパシタの一方に保持される。
【００５９】
タイミングｔ７５からｔ７６で水平ｊ行目の画素行の転送信号φＴＸｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに保持されている光電荷Ｑｐが各画素のフローティングディフュージョンＦＤに完全転送されて光信号Ｖｐとして保持される。
【００６０】
タイミングｔ７７からｔ７８で再び水平ｊ行目の画素行の画素出力信号φＶｊが高電位Ｈにされることで、水平ｊ行目の画素行の各画素のフローティングディフュージョンＦＤに完全転送されて保持された光信号ＶｐがトランジスタＱ３およびＱ４を介して、水平ｊ行目の画素行の各画素の撮像信号Ｖｏｕｔとして垂直信号線１６２ｊに出力され、サンプルホールド回路１６２ｄのＣＤＳ用キャパシタの他方に保持される。
【００６１】
サンプルホールド回路１６２ｄでは、２つのＣＤＳ用キャパシタに保持された水平ｊ行目の各画素の撮像信号Ｖｏｕｔとノイズ信号Ｖｎｏｉｓｅとの差分がとられることによりノイズ除去が行われる。ノイズ除去された撮像信号をＶｓ（＝Ｖｏｕｔ−Ｖｎｏｉｓｅ）とする。タイミングｔ７９からｔ８０で、ノイズ除去された撮像信号Ｖｓが、水平転送信号φＨに同期して、出力回路１６２ｅから出力アンプ１６２ｇを介して出力され、Ａ／Ｄ変換器１６４に入力される。続いて水平（ｊ＋１）行目の画素行の撮像信号Ｖｓの出力動作に移り、撮像素子１６２の全水平画素行について同様の動作が順次行われる。
【００６２】
上述したように、フォトダイオードＰＤは埋め込み型フォトダイオードで構成されているために暗電流が非常に小さく、各画素のフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに保持されている光電荷Ｃｐは、長時間の保持によってもノイズによる影響は非常に少ない。
【００６３】
さらに、各画素のフォトダイオードＰＤの寄生容量Ｃｐに保持されている光電荷Ｃｐは、フローティングディフュージョンＦＤに完全転送された後すぐに垂直信号線１６２ｊに出力されるため、フローティングディフュージョンＦＤに保持される時間が短く、フローティングディフュージョンＦＤに発生する暗電流による影響はほとんど受けない。よって、図４で説明したような「暗電流によって良好な画像が得られない」といったような問題点は発生しない。
【００６４】
以上に述べたように、本発明によれば、撮像素子の画素上に遮光部材を設け、該遮光部材を移動させることで光電変換部への入射光の遮光を制御することで、フラッシュ光のような閃光を発する照明部を用いる場合でも露出制御が可能であり、暗電流によるノイズが少なく良好な画像が得られる撮像装置を提供することができる。
【００６５】
尚、本発明における撮像装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の内部構成を示すブロック図である。
【図３】画素の構成の一例を示す回路図である。
【図４】図３に示した撮像素子の画素の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態である撮像素子と遮光デバイスを示す図である。
【図６】列間距離の定義について説明するための画素の配列を示す模式図である。
【図７】図５に示した撮像素子の画素と遮光デバイスとの駆動方法を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６７】
１  撮像装置
１１１  操作部
１３１  表示部
１４１  照明部
１５１  制御部
１６０  撮像部
１６１  撮像制御部
１６２  撮像素子
１６２ａ  撮像面
１６２ｂ  画素
１６２ｃ  垂直走査回路
１６２ｄ  サンプルホールド回路
１６２ｅ  出力回路
１６２ｆ  水平走査回路
１６２ｇ  出力アンプ
１６２ｈ  タイミングジェネレータ
１６２ｉ  行選択線
１６２ｊ  垂直信号線
１６２ｘ  遮光デバイス
６２１  連結部
６２３  遮光部材
１６２ｙ  遮光駆動部
６２５  第１の櫛歯状電極
６２７  第２の櫛歯状電極
１６４  アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器
１６５  画像処理部
１６７  遮光制御部
１７１  測光部
１９１  記録媒体
２１１  レンズ
２２１  レンズ駆動部
ＰＤ  フォトダイオード
【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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