(57)【要約】【課題】ブルーミング現象による画質劣化を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。【解決手段】固体撮像装置は、素子部と供給電圧制御部とを備える。素子部は、物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配されている。供給電圧制御部は、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である。【選択図】  図１
2012195734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部と、
ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である供給電圧制御部、
とを備えた固体撮像装置。
【請求項２】
物理情報の変化が規定の電荷検出時間において電荷検出部の飽和電荷量を超える状態の場合において、ブルーミング抑制用の制御電圧が転送部に供給されたときに電荷検出部にて検出される電荷の一部が転送される
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
ブルーミング抑制用の制御電圧は、当該ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給する時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である
請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
供給電圧制御部は、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に１回供給する
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
ブルーミング抑制用の制御電圧は、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給する時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
供給電圧制御部は、電荷検出部が電荷検出を開始してからブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給するまでの時間をＴbmとし、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、ブルーミング抑制用の制御電圧を、Ｔbm×Ｈｓ／Ｔｓとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に設定する
請求項４又は請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
供給電圧制御部は、電荷検出部が電荷検出を開始してから予め定められたタイミングまでブルーミング抑制用の制御電圧の転送部への供給を継続する
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
ブルーミング抑制用の制御電圧は、ブルーミング抑制用の制御電圧の転送部への供給を停止する時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
供給電圧制御部は、電荷検出部が電荷検出を開始してからブルーミング抑制用の制御電圧の転送部への供給を停止するまでの時間をＴbmとし、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、ブルーミング抑制用の制御電圧を、Ｔbm×Ｈｓ／Ｔｓとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に設定する
請求項７又は請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
供給電圧制御部は、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に複数回供給する
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
複数回のそれぞれのブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給する時点において、ブルーミング抑制用の制御電圧は、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
供給電圧制御部は、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、ｎ回目のブルーミング抑制用の制御電圧を、ｎ×Ｈｓ／Ｎ（ｎ＝１〜Ｎ−１）となる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に設定し、Ｔｓ／Ｎ時間おきにＮ−１回（Ｎ≧２）、転送部に供給する
請求項１０又は請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
複数回のそれぞれのブルーミング抑制用の制御電圧は、最後の回のブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給する時点において電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧が共通に設定される
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
供給電圧制御部は、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、複数回のそれぞれのブルーミング抑制用の制御電圧を、（Ｎ−１）×Ｈｓ／Ｎとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に共通に設定し、Ｔｓ／Ｎ時間おきにＮ−１回（Ｎ≧２）、転送部に供給する
請求項１０又は請求項１３に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
第１の電荷検出期間に単位構成要素に蓄積された信号電荷を読み出して第１映像信号として素子部から出力すべく駆動する第１駆動部と、
第１の電荷検出期間中に、第１映像信号を出力する単位構成要素に転送部を駆動する時間間隔によって決まる第１の電荷検出期間に比例して蓄積された信号電荷を読み出して第１映像信号と異なる感度の第２映像信号として素子部から出力すべく駆動する第２駆動部、
とを備えた請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
ブルーミング抑制用の制御電圧を供給する時点と第１制御電圧を供給する時点との間に、第２映像信号を取得するための時間を確保できる範囲で、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給する
請求項１５に記載の固体撮像装置。
【請求項１７】
供給電圧制御部は、
転送部に第１制御電圧を供給する第１供給電圧制御部と、
転送部に第１制御電圧とは異なる電圧値の１つ又は複数の第２制御電圧を順次供給する第２供給電圧制御部と、
複数の第２制御電圧の何れか１つ又は複数の供給に先行して、何れか１つ又は複数の個々の第２制御電圧と同じ電圧値の第３制御電圧を１回又は複数回供給する第３供給電圧制御部、
とを有する請求項１乃至請求項１４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１８】
物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部と、
物理情報を電荷検出部に導く入射系と、
ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である供給電圧制御部、
とを備えた撮像装置。
【請求項１９】
物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部と、
ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である供給電圧制御部と、
素子部で検出された信号電荷に基づく信号を処理する信号処理部、
とを備えた電子機器。
【請求項２０】
物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部を備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させるとともに、
ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させる
固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置、撮像装置、電子機器、及び、固体撮像装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷検出装置、電荷転送装置、固体撮像装置、或いは、撮像装置が、種々の電子機器において使用されている。単位構成要素によって電気信号に変換された物理量分布（例えば圧力分布等）を電気信号として読み出す物理量分布検知半導体装置或いは特に物理量分布として画像情報を扱う固体撮像装置が様々な分野で使われている。例えば、光や放射線等の外部から入力される電磁波に対して感応性をする、或いは圧力変化に基づき発生される電荷を検出する等、電磁波や圧力その他各種の物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出機能を持った単位構成要素（例えば単位画素）がリニア状或いはマトリクス状に配列されている。例えば、映像機器の分野では、物理量のうちの光を検知するＣＣＤ（Charge Coupled Device）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor）型の固体撮像装置が使われている（例えば特開２００８−９９１５８号公報を参照）。これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）により電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば大光量が入射したときの大信号時等には、電荷が飽和レベルを超えて、周辺画素に溢れ出すブルーミング現象が起きる。ブルーミングは、白飛びする領域の拡大や偽色等の画質の劣化を引き起こす。
【０００５】
本開示は、ブルーミング現象による画質劣化を抑制することのできる技術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】
【０００６】
本開示の第１の態様に係る固体撮像装置は、物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部と、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に（詳しくはその制御電極に：以下同様である）供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である供給電圧制御部、とを備える。本開示の第１の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各固体撮像装置は、本開示の第１の態様に係る固体撮像装置のさらなる有利な具体例を規定する。
【０００７】
本開示の第２の態様に係る撮像装置は、物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部と、物理情報を電荷検出部に導く入射系と、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である供給電圧制御部、とを備える。本開示の第２の態様に係る撮像装置は、第１の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第２の態様に係る撮像装置のさらなる有利な具体例を規定する。
【０００８】
本開示の第３の態様に係る電子機器は、物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部と、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である供給電圧制御部と、素子部で検出された信号電荷に基づく信号を処理する信号処理部、とを備える。本開示の第３の態様に係る電子機器は、第１の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第３の態様に係る電子機器のさらなる有利な具体例を規定する。
【０００９】
本開示の第４の態様に係る固体撮像装置の駆動方法は、物理情報の変化に基づき発生される電荷を検出する電荷検出部と電荷検出部で検出された信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配された素子部を備えた固体撮像装置の駆動方法であって、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させる。本開示の第４の態様に係る固体撮像装置の駆動方法は、第１の態様に係る固体撮像装置の従属項に記載された各技術・手法が同様に適用可能であり、それが適用された構成は、第４の態様に係る固体撮像装置の駆動方法のさらなる有利な具体例を規定する。
【００１０】
要するに、本明細書で開示する技術では、素子部で検出された信号電荷に基づく信号を処理するに当たり、先ず、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させる。ブルーミング抑制用の制御電圧は、その後に、素子部で検出された信号電荷に基づく信号を読み出すに当たって使用される第１制御電圧とは異なる。第１制御電圧の転送部（詳しくはその制御電極：以下同様である）への供給に先行してブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給することで、物理情報の変化が規定の電荷検出時間において電荷検出部の飽和電荷量を超える状態の場合に、ブルーミング抑制用の制御電圧が転送部に供給されたときに電荷検出部にて検出される電荷の一部が転送部を介して転送される。即ち、電荷が飽和レベルを超える（余剰電荷が電荷検出部から溢れる）以前に、ブルーミング抑制用の制御電圧の印加により予め転送部を介して余剰電荷の一部を吐き出しておくことができる。
【００１１】
例えば、入射光が弱い場合には、電荷検出部で生成される電荷が少なく、信号電荷はブルーミング制御電圧の印加による転送部のポテンシャルを超えることがないため、検出された電荷は電荷検出部に保持され、最後の第１制御電圧の印加による完全転送で転送されて信号レベルとして読み出される。一方、入射光が強いときは、電荷検出部で生成される電荷が多くなるので、信号電荷の一部はブルーミング制御電圧の印加による転送部のポテンシャルを超えて転送されるようになる。これにより、低照度では信号の劣化なく十分な露光時間を経て完全転送で読み出すことができ、高照度ではブルーミング制御電圧の印加によるポテンシャルを超えた余剰分だけブルーミング量を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の態様に係る固体撮像装置、第２の態様に係る撮像装置、第３の態様に係る電子機器、第４の態様に係る固体撮像装置の駆動方法によれば、大信号時に、余剰電荷の一部を事前に吐き出しておくことができるので、ブルーミング現象による画質劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態のＣＭＯＳ型の固体撮像装置の基本構成図である。
【図２】図２は、固体撮像装置の信号取得差分処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図３は、ＡＤ変換処理とＣＤＳ処理に着目した固体撮像装置の簡易的な回路構成図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、ブルーミング現象を説明する図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｂ）は、ブルーミング現象の対策原理を説明する図（その１）である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、ブルーミング現象の対策原理を説明する図（その２）である。
【図７】図７は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧の設定条件の基本を説明する図（その１）である。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧の設定条件の基本を説明する図（その２）である。
【図９】図９（Ａ）〜図９（Ｂ）は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧の設定条件の基本を説明する図（その３）である。
【図１０】図１０は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧の設定条件の変形例を説明する図（その１）である。
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧の設定条件の変形例を説明する図（その２）である。
【図１２】図１２は、垂直走査部の第１例を示す図である。
【図１３】図１３は、垂直走査部の第２例を示す図である。
【図１４】図１４は、垂直走査部の第３例を示す図である。
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、転送駆動バッファの構成例を説明する図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、実施例１の画素駆動方式を説明する図である。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、実施例２の画素駆動方式を説明する図である。
【図１８】図１８は、実施例３の画素駆動方式を説明する図である。
【図１９】図１９は、実施例４を説明する図である。
【図２０】図２０（Ａ）〜図２０（Ｂ）は、実施例５を説明する図である。
【図２１】図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）は、実施例５を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。各機能要素について形態別に区別する際にはアルファベット或いは“_n”（ｎは数字）或いはこれらの組合せの参照子を付して記載し、特に区別しないで説明する際にはこの参照子を割愛して記載する。図面においても同様である。
【００１５】
説明は以下の順序で行なう。
１．全体概要
２．固体撮像装置：基本構成と動作
３．ブルーミング防止シャッタ（ＢＭシャッタ）：ブルーミング現象、対策原理
４．ＢＭシャッタのタイミング及び制御電圧
５．垂直走査部
６．画素駆動回路
７．具体的な適用例
実施例１：ＢＭシャッタが１回
実施例２：ＢＭシャッタが複数回、各回のＢＭ制御電圧が同一
実施例３：中間電圧シャッタを利用したダイナミックレンジ拡大との併用
実施例４：撮像装置への適用事例
実施例５：リニアセンサへの適用事例
実施例６：その他の電子機器への適用事例
【００１６】
＜全体概要＞
先ず、基本的な事項について以下に説明する。
【００１７】
本実施形態の構成において、固体撮像装置や撮像装置は、素子部と供給電圧制御部とを備える。素子部は、信号電荷を転送する転送部とを含む単位構成要素が一定の方向に配されている。供給電圧制御部は、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給して電荷検出部にて検出される電荷の一部を転送させることが可能であるとともに、ブルーミング抑制用の制御電圧とは異なる第１制御電圧を転送部に供給して電荷検出部で検出された信号電荷を転送させることが可能である。第１制御電圧は、電荷検出部の蓄積電荷を転送部を介して完全に転送できる電圧である。
【００１８】
以下では、第１制御電圧を「完全転送電圧」と記述することもある。第１制御電圧を転送部に供給することを「完全転送」を行なう（或いは「掛ける」）と記述することもある。ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給することをブルーミング防止シャッタを行なう（或いは「掛ける」）と記述することもある。ブルーミング抑制用の制御電圧を「ブルーミング制御電圧」と記述することもある。素子部における単位構成要素の配列形態は、ライン状、２次元マトリクス状の何れであってもよい。即ち、固体撮像装置はいわゆるラインセンサでもよいし、エリアセンサでもよい。
【００１９】
好ましくは、単位構成要素は、転送部によって転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部や、電荷蓄積部を所定電位にリセットするリセット部を更に備えるとよい。更には、単位構成要素は、電荷検出部から転送部によって転送された信号電荷を信号電圧として増幅して出力する増幅トランジスタを有するとよい。これらの場合、単位構成要素をは駆動部によって駆動される。電荷蓄積部としては、フローティングディフュージョンやフローティングゲート等が代表的であるが、これらには限定されない。
【００２０】
ここで、ブルーミング制御電圧の好ましい設定値としては、物理情報の変化が規定の電荷検出時間において電荷検出部の飽和電荷量を超える状態の場合において、ブルーミング制御電圧が転送部に供給されたときに電荷検出部にて検出される電荷の一部が転送される程度であるがよい。つまり、飽和電荷量を超える程度の大信号時に、ブルーミング防止シャッタが機能する程度にブルーミング制御電圧を設定する。換言すると、ブルーミング制御電圧は、ブルーミング防止シャッタを行なう時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である。ここで「電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量」とは、ある規定の蓄積時間で電荷検出部の飽和電荷量に達するとしたとき、電荷検出部の電荷検出が開始してからブルーミング防止シャッタを行なうまでの時間と「ある規定の蓄積時間」との比を飽和電荷量に掛け算して求まる電荷量を意味する。
【００２１】
例えば、ブルーミング制御電圧を転送部に１回のみ供給してもよい。即ち、ブルーミング防止シャッタを１回のみ掛ける。この場合のブルーミング制御電圧の最適値は、ブルーミング防止シャッタを行なう時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である。換言すれば、電荷検出部が電荷検出を開始してからブルーミング防止シャッタを掛けるまでの時間をＴbmとし、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、Ｔbm×Ｈｓ／Ｔｓとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値にブルーミング制御電圧を設定するのが好適である。
【００２２】
ブルーミング制御電圧を転送部に１回のみ供給する、即ち、ブルーミング防止シャッタを１回のみ掛ける場合、ある時点（予め定められたタイミング）に達したときにブルーミング制御電圧を転送部に供給してもよいし、電荷検出部が電荷検出を開始してから予め定められたタイミングまでブルーミング抑制用の制御電圧の転送部への供給を継続してもよい。後者の場合のブルーミング制御電圧の最適値は、詳しくは、ブルーミング制御電圧の転送部への供給を停止する時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である。換言すれば、電荷検出部が電荷検出を開始してからブルーミング防止シャッタを停止するまでの時間をＴbmとし、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、Ｔbm×Ｈｓ／Ｔｓとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値にブルーミング制御電圧を設定するのが好適である。
【００２３】
供給電圧制御部は、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に複数回供給してもよい。つまり、ブルーミング防止シャッタは、１回に限らず、複数回行なってもよい。
【００２４】
ブルーミング防止シャッタを複数回行なう場合、それぞれの回において、ブルーミング防止シャッタを１回掛ける場合と同様にして求められるブルーミング制御電圧にするのが最適である。つまり、この場合のブルーミング制御電圧の最適値は、複数回のそれぞれにおけるブルーミング防止シャッタを行なう時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である。換言すれば、電荷検出部が電荷検出を開始してからその回のブルーミング防止シャッタを掛けるまでの時間をＴbmとし、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、Ｔbm×Ｈｓ／Ｔｓとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値にブルーミング制御電圧を設定するのが好適である。詳しくは、ｎ回目のブルーミング制御電圧を、ｎ×Ｈｓ／Ｎ（ｎ＝１〜Ｎ−１）となる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に設定し、Ｔｓ／Ｎ時間おきにＮ−１回（Ｎ≧２）、ブルーミング防止シャッタを行なうとよい。
【００２５】
但し、この場合、複数回のそれぞれについての設定値を用意する、換言すると、その電圧を生成する機能部を用意する、或いは、複数回のそれぞれの都度、電圧値を変更可能な構成が必要となり回路規模が増大する。この対策として、毎回同じ電圧値を使用してもよい。この場合の、ブルーミング制御電圧の最適値は、最後の回のブルーミング防止シャッタを行なう時点において電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である。換言すると、複数回のそれぞれのブルーミング制御電圧を、（Ｎ−１）×Ｈｓ／Ｎとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に共通に設定し、Ｔｓ／Ｎ時間おきにＮ−１回（Ｎ≧２）、ブルーミング防止シャッタを行なうとよい。
【００２６】
因みに、１回目のブルーミング防止シャッタは、電荷検出部が電荷検出を開始してから２×Ｔｓ／Ｎ時間経過した後に行なうのが好ましい。更には、ブルーミング制御電圧は、Ｈｓ／２となる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に設定するのがよい。
【００２７】
ブルーミング防止シャッタを行なう本実施形態の技術は、中間電圧を転送部に供給して得た信号を利用してダイナミックレンジを拡大する技術と併用することができる。ここで、ダイナミックレンジを拡大する技術を実現するには、好ましくは、例えば、第１の電荷検出期間に単位構成要素に蓄積された信号電荷を読み出して第１映像信号として素子部から出力すべく駆動する第１駆動部と、第１の電荷検出期間中に、第１映像信号を出力する単位構成要素に転送部を駆動する時間間隔によって決まる第１の電荷検出期間に比例して蓄積された信号電荷を読み出して第１映像信号と異なる感度の第２映像信号として素子部から出力すべく駆動する第２駆動部、とを備えた構成にする。
【００２８】
この場合、好ましくは、第２駆動部は、第１露光時間の期間中に、第１映像信号を出力する単位構成要素に転送部を駆動する時間間隔によって決まる複数の露光時間に比例して蓄積される信号電荷を読み出して第１映像信号と異なる複数の感度の映像信号として素子部から順次出力すべく駆動するとよい。
【００２９】
ダイナミックレンジを拡大する技術を実現するための他の形態としては、供給電圧制御部に、転送部に第１制御電圧を供給する第１供給電圧制御部と、転送部に第１制御電圧とは異なる電圧値の１つ又は複数の第２制御電圧を順次供給する第２供給電圧制御部と、複数の第２制御電圧の何れか１つ又は複数の供給に先行して、何れか１つ又は複数の個々の第２制御電圧と同じ電圧値の第３制御電圧を１回又は複数回供給する第３供給電圧制御部とを設けるとよい。この場合、画像信号を取得するべく、好ましくは、第１制御電圧が供給された際に転送部によって転送される信号電荷を読み出すべく駆動する第１駆動部と、第２制御電圧が順次供給された際に転送部によって転送される信号電荷を１回以上読み出すべく駆動する第２駆動部とを設ける。
【００３０】
以下では、第２制御電圧を転送部に供給することを中間読出用の中間シャッタを行なう（或いは「掛ける」）と記述することもある。第２制御電圧を「中間読出用の制御電圧」或いは「中間読出用の中間電圧」と記述することもある。第３制御電圧を転送部に供給することを閾値ばらつきの抑圧用の中間シャッタを行なう（或いは「掛ける」）と記述することもある。第３制御電圧を「閾値ばらつきの抑圧用の制御電圧」或いは「閾値ばらつきの抑圧用の中間電圧」と記述することもある。中間読出用の中間電圧と閾値ばらつきの抑圧用の中間電圧とを纏めて単に「中間電圧」と記述することもある。
【００３１】
第２制御電圧は、好ましくは、電荷検出部に蓄積された電荷の一部を保持したまま、その保持量を超えた蓄積電荷を転送部によって転送できる電圧に設定する。この場合の第２制御電圧の最適値は、１回或いは複数回のそれぞれにおける中間読出用の中間シャッタを行なう時点において、電荷検出部の飽和電荷量に対応する電荷量を電荷検出部が保持可能な電圧である。換言すれば、電荷検出部が電荷検出を開始してからその回の中間読出用の中間シャッタを掛けるまでの時間をＴrdとし、蓄積時間Ｔｓで電荷検出部の飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、Ｔrd×Ｈｓ／Ｔｓとなる電荷量を電荷検出部が保持可能な値に中間読出用の制御電圧を設定するのが好適である。
【００３２】
好ましくは、第１制御電圧の供給及び第２制御電圧の供給の前に、転送部によって転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部を所定電位にリセットするリセット部を更に備えるとよい。電荷蓄積部としては、前述のように、フローティングディフュージョンやフローティングゲート等が代表的であるが、これらには限定されない。
【００３３】
更に好ましくは、第３供給電圧制御部は、第３制御電圧が第２制御電圧の複数の供給に先行するとき、複数の供給の各々において等しい時間間隔で第３制御電圧を複数回供給するとよい。更には第３供給電圧制御部は、複数の供給間において異なる時間間隔で第３制御電圧を供給するとよい。或いは又、第２供給電圧制御部は、複数の供給間において異なる電圧値の第２制御電圧を供給するとよい。
【００３４】
単位構成要素は、電荷検出部から転送部によって転送された信号電荷を信号電圧として増幅して出力する増幅トランジスタを有る構成にしてもよく、この場合、第１駆動部及び第２駆動部は、転送部によって増幅トランジスタに転送された信号電荷を増幅トランジスタを介して読み出すべく駆動する。或いは又、電荷検出部から転送部によって転送された信号電荷を転送する電荷転送部を有する構成にしてもよく、この場合、第１駆動部及び第２駆動部は、転送部によって前記電荷転送部に転送された信号電荷を当該電荷転送部を介して読み出すべく駆動する。
【００３５】
第１駆動部及び第２駆動部は、転送部によって転送される信号電荷を読み出すべく、単位構成要素の２次元配列における１行または複数行を順次走査で選択して転送部に第１〜第３制御電圧を供給する機能部と、１行または複数行を選択して転送部に前記第１〜第３制御電圧を供給する動作を、順次走査による選択行に先行して複数回実行する機能部とを有するとよい。
【００３６】
例えば、入射光が弱い場合には、電荷検出部で生成される電荷が少なく、信号電荷は第２制御電圧の印加による転送部のポテンシャルを超えることがないため、検出された電荷は電荷検出部に保持され、最後の第１制御電圧の印加による完全転送で転送されて信号レベルとして読み出される。一方、入射光が強いときは、電荷検出部で生成される電荷が多くなるので、信号電荷の一部は第２制御電圧の印加による転送部のポテンシャルを超えて転送されるようになる。この分を信号レベルとして順次読み出す。これにより、低照度では信号の劣化なく十分な露光時間を経て完全転送で読み出すことができ、高照度では第２制御電圧の印加によるポテンシャルを超えた余剰分を段階的に読み出すことで、最終的に広ダイナミックレンジの合成画像を作成することができる。
【００３７】
「合成画像」の生成に当たっては、以下のようにすることが好ましい。中間電圧の複数回供給による中間転送によって得られた信号については、予め設定された飽和レベルでクリップして加算することで連続的な入出力特性を得る。例えば、第１制御電圧を供給してのｉ回目の読み出しである通常露光での完全転送の結果は通常飽和レベルまで高Ｓ／Ｎで出力し、その前のｉ−１回目の転送では電荷検出期間（露光時間）を２分の１で中間転送することで約２倍のダイナミックレンジを、ｉ−２回目の転送では電荷検出期間を８分の１で中間転送することで約８倍のダイナミックレンジを可能とし、それぞれの飽和レベル付近でクリップして足し合わせることで、連続的な特性が得られる。このようなクリップ及び加算を行なうことによる高Ｓ／Ｎ化及び広ダイナミックレンジ化の処理は、固体撮像装置の後段に設けられる信号処理回路において、複数回読み出された画像を蓄えておくフレームメモリを用いることによって実行される。ただし、この処理例は一例に過ぎず、固体撮像装置内にこれらの機能部を設けてもよい、即ち、フレームメモリを固体撮像装置上に実装することで、固体撮像装置上で処理して最終画像のみ出力する構成を採ることもできる。或いは、複数回読み出された画像が保存されていればどのような構成をとってもよく、例えば、パーソナルコンピュータ等で処理することもできる。
【００３８】
例えば、電子シャッタを切ってから第１制御電圧を転送部に供給する完全転送を行なうまでの電荷検出期間（露光期間）中に、１つ又は複数の第２制御電圧の供給を行なって信号を読み出すことで、低照度領域で高いＳ／Ｎを確保したまま高照度領域の情報も取得することができる。又、複数の中間電圧（第２制御電圧と第３制御電圧）を用いて複数回転送し、そのうち第３制御電圧の供給に関して１回或いは複数回読み出さずに電荷蓄積部を所定電位にリセットするリセット動作を実行することで、転送部（具体的には転送トランジスタ）の閾値ばらつきを効果的に抑制することができる。
【００３９】
尚、中間読出し動作時に印加される中間電圧（第２制御電圧）と、転送部の閾値ばらつきの抑圧のために先行して印加される中間電圧（第３制御電圧）との電圧値が異なると、所定の特性ばらつきについては十分に抑制できない懸念がある。「所定の特性ばらつき」としては、供給される中間電圧のオフセット値、画素配列内での中間電圧のオフセット値、画素配列内での転送部に中間電圧が印加されている時間のばらつき、中間電圧転送における転送残留電荷量等がある。この点では、第２制御電圧と第３制御電圧とは「同じ電圧値」であるのが好ましい。「同じ電圧値」とは、電圧値が完全同一の場合だけを言うのではなく、数％程度の多少の誤差があってもよい。
【００４０】
これらのダイナミックレンジを拡大する技術では、単位構成要素は、転送部を有する破壊読出しの画素であることが好ましい。第１映像信号は第１露光時間による高感度の映像信号であり、第２映像信号は第１露光時間内に設定される第２露光時間による低感度の映像信号である。これら第１映像信号及び第２映像信号については、素子部（画素配列）を空間的に分割することなく同じ単位構成要素から読み出す。そして、第２露光時間による蓄積動作を、第１露光時間内の任意のタイミングに設定できるために、第２映像信号の読出しタイミングは任意となる。これにより、最も短い露光時間間隔に依存した高フレームレートは必要なく、映像信号の読出し回数で決まるフレームレートで、より短い露光時間の映像信号を得ることができる。第２露光時間を第１露光時間内に設定することで、フレーム期間を時間的に分割することもない。したがって、第１露光時間として最大でフレーム期間と同じ時間を確保することができるために、第２露光時間でダイナミックレンジの拡大を図りつつ、第１映像信号の感度を落とすことなく、高Ｓ／Ｎ（高画質）の映像信号の取得が可能になる。低照度にて通常飽和レベルを狭めることなく線形かつ高Ｓ／Ｎでの信号取得が可能になるとともに、通常飽和レベル以上の入射光に対しても線形領域での良好なＳ／Ｎを実現しながらダイナミックレンジを拡大できるために、多様な環境下での外光の変化に対して、低照度シーンにおいてＳ／Ｎの高い高画質な画像を取得することができるとともに、高照度シーンにおいて飽和の少ない画像を線形応答による高画質で取得できる。更には、低照度と高照度の混在するコントラストの高いシーンにおいても、低照度部分では高Ｓ／Ｎを維持したまま高照度部分の飽和を回避することができる。
【００４１】
そして、このようなダイナミックレンジを拡大する技術に、ブルーミング防止シャッタを適用すれば、ブルーミング現象が抑制され、又、ダイナミックレンジの広い画像を取得できる。ここで、ブルーミング防止シャッタが、ダイナミックレンジの広い画像を生成するための第２映像信号の取得に影響を与えないようにすることが好ましい。このためには、ブルーミング抑制用の制御電圧を供給する時点と第１制御電圧を供給する時点との間に、第２映像信号を取得するための時間を確保できる範囲で、ブルーミング抑制用の制御電圧を転送部に供給する。第２映像信号を取得するための時間（「短時間蓄積の蓄積時間」とも記述する）は、第３制御電圧を転送部に供給する時点と第２制御電圧を転送部に供給する時点との時間間隔でもあるし、第２制御電圧を転送部に供給する都度、それに先行して第３制御電圧を複数回転送部に供給する場合において、第３制御電圧同士の時間間隔を同じにする場合の時間間隔でもある。例えば、ブルーミング防止シャッタをα（＝Ｔｓ／Ｎ）時間おきにＮ−１回行なう場合、短時間蓄積の蓄積時間Ｔの関係が、α≧Ｔのときのみブルーミング防止シャッタを追加するのがよい。こうすることで、ダイナミックレンジ拡大用の中間シャッタの効果に影響を与えずにブルーミングを回避できる。中間電圧シャッタと中間読出しによるダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えず、ブルーミングの少ない高画質な画像取得が実現できる。
【００４２】
尚、本実施形態の構成は、光や放射線等の外部から入力される電磁波に対して感応性をする電荷検出部を備えた固体撮像装置に限らず、各種の物理量の変化を電荷量の変化として検知するあらゆるものに適用できる。例えば指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置等、その他の物理的な変化を検知する装置に適用可能である。例えば、タッチパネルにおける検出部に本開示の技術を適用できる。或いは、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置等が使われているが、これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出すものであり、本開示の技術を適用できる。電子機器に搭載されるカメラモジュールを撮像装置と称する場合もある。以下で説明する構成は、固体撮像装置及びこれを搭載した撮像装置で代表的に説明するが、これに限らず、撮像機能を有する各種の電子機器にも適用可能である。このことから理解されるように、請求項に記載の技術に限らず、電荷検出装置、電荷転送装置、或いは、固体撮像装置等と同様の機能部を備えた物理量分布検知半導体装置や物理情報取得装置を本開示が提案する技術として抽出することもできる。因みに、本明細書では、特段の断り（例えば、この項で区別して説明した点）のない限り、物理量分布検知半導体装置は固体撮像装置で代表して記述し（換言すると物理量分布検知半導体装置は固体撮像装置を含み）、物理情報取得装置は撮像装置で代表して記述する（換言すると物理情報取得装置は撮像装置を含む）。
【００４３】
＜固体撮像装置：基本構成と動作＞
以下においては、Ｘ−Ｙアドレス型の固体撮像装置の一例である、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置をデバイスとして使用した場合を例に説明する。特に断りのない限り、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置は、全ての単位画素がｎＭＯＳ（ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタ）よりなり、信号電荷は負電荷（電子）であるものとして説明する。但しこれは一例であって、対象となるデバイスはＭＯＳ型の固体撮像装置に限らないし、単位画素がｐＭＯＳ（ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタ）で構成されていてもよいし、信号電荷は正電荷（正孔・ホール）であってもよい。光や放射線等の外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位画素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなりアドレス制御にて信号を読み出す物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する全ての形態が同様に適用できる。
【００４４】
［基本構成］
図１は、固体撮像装置の一実施形態であるＣＭＯＳ型の固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）の基本構成図である。固体撮像装置も半導体装置の一例である。図２は、図１に示した固体撮像装置１の信号取得差分処理を説明するためのタイミングチャートである。
【００４５】
固体撮像装置１は、複数個の単位画素３（単位構成要素の一例）が２次元マトリクス状に配列された画素アレイ部１０を有する。固体撮像装置１は、例えばＲ、Ｇ、Ｂの色フィルタがベイヤー配列とされている色分解（色分離）フィルタを使用することで、画素アレイ部１０をカラー撮像対応にすることができる。図１では、簡単のため行及び列の一部を省略して示しているが、現実には、各行や各列には、数十から数千の単位画素３が配置される。後述するように、単位画素３は検知部の一例である受光素子（電荷生成部）としてのフォトダイオードの他に例えば、電荷転送用やリセット用や増幅用等の３個或いは４個のトランジスタを有する画素内アンプを有する。画素アレイ部１０は、２次元に単位画素３が配列されていればよく、その配列形態は２次元格子状に限らず、斜め格子状に単位画素３を配列した画素ずらしのものでもよいしハニカム状に単位画素３を配列したものでもよい。因みに、画素共有構成にする場合には、画素アレイ部１０は、図中の単位画素３を単位画素群２とした構成となる。つまり、画素共有時の画素アレイ部１０は、単位画素３の内の一部の要素を複数の単位画素３で共有した構成を持つ画素共有構造の単位画素群２が行及び列に配列される。
【００４６】
単位画素３からは、列ごとに垂直信号線１９を介して画素信号電圧Ｖｘが出力される。垂直信号線１９の画素信号電圧Ｖｘは、時間系列として、基準レベルとしての画素信号の雑音を含むリセットレベルＳrst（暗時信号）の後に信号レベルＳsig（受光信号）が現れる。例えばリセットレベルＳrstはフィードスルーレベルＳfeedにリセット成分Ｖrstを加えたレベルである。信号レベルＳsigはリセットレベルＳrstに信号成分Ｖsigを加えたレベルであり、Ｓsig（＝Ｓrst＋Ｖsig）−Ｓrstで信号成分Ｖsigが得られる。この差分処理がいわゆるＣＤＳ（Correlated Double Sampling；相関２重サンプリング）処理に該当する。暗時信号と受光信号を取得し、その差分（レベル差）を取得することで、ノイズ成分は暗時信号と光信号の両方に同じようにのることから、差分に含まれるノイズは非常に小さくなる。
【００４７】
垂直信号線１９の一端がカラム部２６側に延在するとともに、その経路において、読出電流源部２４が接続され動作電流（読出電流）が垂直信号線１９に供給される。動作電流供給部２４は、電流源２４０を垂直信号線１９（列）ごとに備えるとともに、各列共通に使用される基準電流源部２４８を備える。
【００４８】
カラム部２６としては、垂直信号線１９を通して出力される信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路からなる回路構成のものや、サンプルホールド回路を含み、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）処理により、リセットノイズや増幅トランジスタの閾値ばらつき等、画素固有の固定パターンノイズを除去するノイズ除去回路からなる回路構成のもの等が用いられる。但し、カラム部２６のこのような構成については一例に過ぎず、これには限定されない。例えば、カラム回路１６にＡＤ（アナログ／デジタル）変換機能を持たせ、信号レベルをデジタル信号で出力する構成を採ることもできる。以下では、ＡＤ変換機能を持つ場合で説明する。
【００４９】
カラム部２６は、ＣＤＳ処理機能やデジタル変換機能をなすＡＤ変換部２５０が列並列に設けられている。つまり、固体撮像装置１には、列ごとに、電流源２４０とＡＤ変換部２５０とが設けられている。詳細は後述するが、カラム部２６には、比較部２５２、カウント動作期間制御部２５３、計数部２５４が設けられ、それぞれの１列分の機能部の集合でＡＤ変換部２５０が構成される。“列並列”とは、垂直列の垂直信号線１９（列信号線の一例）に対し並列に複数のＣＤＳ処理機能部やデジタル変換部（ＡＤ変換部）等の機能要素（本例ではＡＤ変換部２５０）が設けられていることを意味する。このような読出方式をカラム読出方式と称する。典型的なカラム読出方式では、垂直信号線１９とＡＤ変換部２５０が一対一で配置されるが、これに限らず、予め決められた複数列に対して１つのＡＤ変換部２５０を設けた、いわゆるカラム共有の構成を採ってもよい。この場合、図示しないが、カラム部２６は、予め決められた複数列に対して１つの垂直信号線１９を選択する垂直線選択部を設ける。カラム共有の構成を採ることで、コンパレータやカウンタを複数列で共有することができ、カラム部２６がセンサチップ上に占有する面積を低減でき、製造費用が安くなる等の利点が得られる。
【００５０】
固体撮像装置１は更に、駆動制御部７、単位画素３に画素信号読出用の動作電流（読出電流）を供給する読出電流源部２４と、カラム部２６にＡＤ変換用の参照信号SLP_ADCを供給する参照信号生成部２７と、出力部２８を備えている。
【００５１】
駆動制御部７は、画素アレイ部１０の信号を順次読み出すための制御回路機能の実現のため水平転送部１１と、垂直走査部１４（行走査回路）と、通信・タイミング制御部２０とを備えている。水平転送部１１は、通信・タイミング制御部２０からの制御信号ＣＮ２に応答して列の走査を開始し、データ転送動作時に読み出すべきデータのカラム位置を指示しつつ、カラム部２６で取得される画素データを水平方向へ転送する。垂直走査部１４は、行アドレスや行走査を制御する垂直アドレス設定部１４ａや垂直駆動部１４ｂを有する。垂直走査部１４は、画素アレイ部１０の行を選択し、その行に必要なパルスを供給するものであり、通信・タイミング制御部２０からの制御信号ＣＮ１に応答して行の走査を開始する。垂直アドレス設定部１４ａは、信号を読み出す行（読出し行：選択行や信号出力行とも称する）の他に、電子シャッタ用の行等も選択する。
【００５２】
水平転送部１１は、水平方向の全画素のデータを水平転送する通常の読出し処理の他に、水平方向の一部分の画素（列）の画素データのみを水平転送する水平方向の部分読出し処理も可能になっている。水平転送部１１は、画素アレイ部１０の信号を順次読み出すための制御回路機能の実現のため水平走査部１２（列走査回路）を備えている。水平走査部１２は、データ転送動作時に読み出すべきデータのカラム位置を指示するべく、一例として、列アドレスや列走査を制御する水平アドレス設定部１２ａや水平駆動部１２ｂを有する。
【００５３】
単位画素３は、行選択のための行制御線１５を介して垂直走査部１４と、また垂直信号線１９を介してカラム部２６の垂直列ごとに設けられているＡＤ変換部２５０と、それぞれ接続される。行制御線１５は垂直走査部１４から画素に入る配線全般を示す。
【００５４】
通信・タイミング制御部２０は、端子５ａを介して入力されるマスタークロックCLK0に同期したクロックをデバイス内の各部（水平転送部１１、垂直走査部１４、カラム部２６等）に供給するタイミングジェネレータ（読出アドレス制御装置の一例）の機能ブロックを備える。更に、端子５ａを介して外部の主制御部から供給されるマスタークロックCLK0を受け取り、また端子５ｂを介して外部の主制御部から供給される動作モード等を指令するデータを受け取り、更に固体撮像装置１の情報を含むデータを外部の主制御部に出力する通信インタフェースの機能ブロックを備える。例えば、通信・タイミング制御部２０は、内部クロックを生成するクロック変換部の機能を持つクロック変換部２０ａ及び通信機能や各部を制御する機能を持つシステム制御部２０ｂ等を有する。クロック変換部２０ａは、端子５ａを介して入力されるマスタークロックCLK0に基づき、マスタークロックCLK0よりも高速周波数のパルスを生成する逓倍回路を内蔵しており、カウントクロックＣＫcnt1やカウントクロックＣＫdac1等の内部クロックを生成する。
【００５５】
出力部２８は、信号増幅部４０２（センスアンプＳ・Ａ）と、固体撮像装置１と外部とのインタフェース機能をなすデジタルインタフェース部４０６（ＤＩＦ）とを有する。信号増幅部４０２は、水平転送部１１との間のデータ転送用の信号線（転送配線）である水平信号線１８上の信号（デジタルデータではあるが小振幅）を検出する。出力部２８は、信号増幅部４０２とデジタルインタフェース部４０６との間に、各種のデジタル演算処理を行なうデジタル演算部４０４（ＳＩＧ）を必要に応じて設けてもよい。デジタルインタフェース部４０６は、信号増幅部４０２と外部回路の間に介在し外部回路とのインタフェース機能をなす。デジタルインタフェース部４０６の出力は出力端５ｃに接続されており、映像データが後段回路に出力される。
【００５６】
［カラムＡＤ回路と参照信号生成部の詳細］
ＡＤ変換部２５０におけるＡＤ変換方式としては、回路規模や処理速度（高速化）や分解能等の観点から様々な方式が考えられているが、一例として、参照信号比較型、スロープ積分型、或いはランプ信号比較型等とも称されるＡＤ変換方式を採用する。この手法は、簡単な構成でＡＤ変換器が実現できるため、並列に設けても回路規模が大きくならないという特徴を有している。参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、変換開始（比較処理の開始）から変換終了（比較処理の終了）までの時間に基づいてカウント動作有効期間Ｔenを決定し（ここではその期間を示すカウントイネーブル信号ENとする）、その期間のクロック数に基づき処理対象信号をデジタルデータに変換する。
【００５７】
比較処理によって得られる情報は、アナログ信号（ここでは画素信号電圧Ｖｘ）の大きさに対応した時間情報を持つパルス情報である。参照信号比較型のＡＤ変換処理では、この比較処理で得られるパルス情報（時間情報）に基づき、計数処理の有効期間を決定し、その計数処理の有効期間に一定の割合で値を変化させる計数処理を行なう。典型例としては、カウンタを使用して、基準クロック周期で最下位桁を１ずつ変化させる。これによって得たカウント値をアナログ信号の大きさに応じたデジタルデータとして取得する。もちろん、一定の割合で値を変化させる計数処理を行なうことができればよく、カウンタを使用した構成に限らず、様々な変形が可能である。例えば、いわゆる加算器や加減算器とその結果を基準クロック周期で保持するデータ保持部（ラッチ）を使用して巡回型に構成し、各回の変化値を一定の割合（典型例は１）にするように構成してもよい。
【００５８】
参照信号比較型ＡＤ変換方式を採用する場合に、考え方としては、参照信号生成部２７もＡＤ変換部２５０ごとに設けることも考えられる。例えば、ＡＤ変換部２５０ごとに比較器と参照信号発生器を設け、比較器の比較結果を基に、逐次、参照信号の値を対応する列の参照信号発生器で変化させていく構成を採る場合である。しかしながらこれでは回路規模や消費電力が増える。そこで、本実施形態では、参照信号生成部２７を全てのＡＤ変換部２５０に共通に使用する構成を採り、参照信号生成部２７から発生される参照信号SLP_ADCを各ＡＤ変換部２５０が共通に使用する構成にする。
【００５９】
このため、参照信号生成部２７は、ＤＡ変換部２７０（ＤＡＣ；Digital Analog Converter）を有し、通信・タイミング制御部２０からの制御データＣＮ４で示される初期値からカウントクロックＣＫdac1に同期して、制御データＣＮ４で示される傾き（変化率）の参照信号SLP_ADCを生成する。カウントクロックＣＫdac1は計数部２５４の計数処理用のカウントクロックＣＫcnt1と同一にしてもよい。参照信号SLP_ADCは、全体的にある傾きを持って線形に変化する波形を持つものであればよく、その変化が滑らかなスロープ状を呈するものであってもよいし、階段状に順次変化するものであってもよい。
【００６０】
参照信号比較型のＡＤ変換に当たっては、比較部２５２による参照信号SLP_ADCと画素信号電圧Ｖｘとの比較結果に基づいてカウント動作有効期間Ｔen（その期間を示す信号をカウントイネーブル信号ENと称する）を決定し、カウントイネーブル信号ENがアクティブな期間のカウントクロックＣＫcnt1のクロック数に基づきアナログの処理対象信号をデジタルデータに変換する。基準レベル（リセットレベルＳrst）についての処理をプリチャージ相（Ｐ相と省略して記すこともある）の処理と称し、信号レベルＳsigについての処理をデータ相（Ｄ相と省略して記すこともある）の処理と称する。Ｐ相の処理後にＤ相の処理を行なう場合、Ｄ相の処理はリセットレベルＳrstに信号成分Ｖsigを加えた信号レベルＳsigについての処理となる。カウント動作有効期間Ｔenとしては、Ｐ相・Ｄ相とも比較出力が反転するまで計数する前半カウント方式、Ｐ相・Ｄ相とも比較出力が反転してから計数する後半カウント方式、Ｐ相・Ｄ相の何れか一方では比較出力が反転するまで計数するが他方では比較出力が反転してから計数する前後半カウント方式がある。又、それぞれにおいて、Ｐ相・Ｄ相のカウントモードを巧みに組み合わせることやＰ相処理開始時の初期値設定を制御することで、カラム内でＣＤＳ処理を行なうようにすることもできる。これら、カウント動作有効期間Ｔenをどうとるかや、ＡＤ変換部２５０内で差分処理（ＣＤＳ処理）を行なうか否か等、本出願人は、参照信号比較型のＡＤ変換方式を種々提案しており、それらも基本的には後述する実施形態で採用し得る。一例として、図２に、参照信号比較型のＡＤ変換方式の動作タイミングチャートを示しておく。
【００６１】
何れの処理例においても、原理的には、電圧比較器に参照信号SLP_ADCを供給し、垂直信号線１９を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号SLP_ADCと比較する。カウント動作有効期間Ｔenに入るとクロック信号でのカウント（計数）を開始することによって、指定されているカウント動作有効期間Ｔenにおけるクロック数をカウントすることでＡＤ変換を行なう。
【００６２】
参照信号比較型のＡＤ変換を行なうため、本実施形態のカラム部２６の各列のＡＤ変換部２５０は、比較処理部３２２（COMP：電圧比較部、コンパレータ）、カウンタ制御信号生成部３３２（ＥＮ生成部）、計数処理部３５１を備える。本実施形態のカラム部２６は、カウント動作期間制御部２５３（カウンタ制御信号生成部３３２）を比較部２５２（比較処理部３２２）と計数部２５４（計数処理部３５１）の間に配置している。好ましくは計数処理部３５１はアップカウントモードとダウンカウントモードを切替可能なもの（アップダウンカウンタ）にする。アップダウンカウンタを用いることにより、回路規模を大きくすることなく高フレームレート化を達成できる。各ＡＤ変換部２５０の比較処理部３２２の集合で比較部２５２が構成される。各ＡＤ変換部２５０のカウンタ制御信号生成部３３２の集合でカウント動作期間制御部２５３が構成される。各ＡＤ変換部２５０の計数処理部３５２の集合で計数部２５４が構成される。
【００６３】
比較部２５２（比較処理部３２２）は、参照信号生成部２７（ＤＡ変換部２７０）で生成された参照信号SLP_ADCと選択行の単位画素３から垂直信号線１９（Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｈ）を経由し得られるアナログの画素信号電圧Ｖｘを比較する。比較処理部３２２は、参照信号SLP_ADCと画素信号電圧Ｖｘが一致したとき比較パルスCo（コンパレート出力）を反転する。
【００６４】
カウント動作期間制御部２５３のカウンタ制御信号生成部３３２は、比較出力Coと通信・タイミング制御部２０からの制御情報に基づきカウントイネーブル信号ENを生成して計数処理部３５１に供給し、計数処理部３５１のカウント動作期間を制御する。ここで、本構成の特徴点として、カウンタ制御信号生成部３３２には、カウント動作期間制御のオン・オフを制御するカラム停止信号CLMSTPn（詳細は後述する）が列別に入力される。画素データの水平転送が不要な非選択列のカウント動作期間制御機能が停止されることで消費電力の低減が図られる。
【００６５】
通信・タイミング制御部２０から各ＡＤ変換部２５０の計数処理部３５１には、計数処理部３５１がＰ相・Ｄ相のカウント処理をダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかや、Ｐ相のカウント処理における初期値Ｄiniの設定やリセット処理等、その他の制御情報を指示する制御信号ＣＮ５が入力されている。
【００６６】
比較処理部３２２の一方の入力端子（＋）は、他の比較処理部３２２の入力端子（＋）と共通に、参照信号生成部２７で生成される参照信号SLP_ADCが入力される。比較処理部３２２の他方の入力端子（−）には、それぞれ対応する垂直列の垂直信号線１９が接続され、画素アレイ部１０からの画素信号電圧Ｖｘが個々に入力される。
【００６７】
計数処理部３５１のクロック端CKには、他の計数処理部３５１のクロック端CKと共通に通信・タイミング制御部２０からカウントクロックＣＫcnt1が入力される。計数処理部３５１は、カウント結果を保持するラッチ機能を有する。
【００６８】
個々のＡＤ変換部２５０（詳しくは計数部２５４の計数処理部３５１）の出力側は水平転送部１１と接続される。尚、いわゆるパイプライン水平転送を可能にするため、計数処理部３５１の後段に、計数処理部３５１の保持したカウント結果を保持するラッチを具備したメモリ装置としてのデータ記憶部を備える構成を採ることもできる。ラッチは、決められたタイミングで計数処理部３５１から出力されたカウントデータを保持・記憶する。パイプライン水平転送とは、ＡＤ変換部２５０でのカラム処理（ＡＤ変換やＣＤＳ処理）と画素データの水平転送を並行して行なう処理のことである。
【００６９】
例えば、図２に示した例では、カウンタ部２５４は、Ｐ相のカウント動作として、初期値“０”からダウンカウントを開始する。即ち、負の方向にカウント処理を開始する。電圧比較部２５２は、参照信号生成部２７からの参照信号SLP_ADと垂直信号線１９を介して入力される画素信号電圧Ｖｘとを比較し、双方の電圧が同じになったときに、コンパレート出力をＨレベルからＬレベルへ反転させる。この結果を受けて、カウンタ部２５４は、コンパレート出力の反転とほぼ同時にカウント動作を停止し、その時点のカウント値（符号を加味して“−Ｄrst”とする）を画素データとしてラッチ（保持・記憶）することでＡＤ変換を完了する。通信・タイミング制御部２０は、所定のダウンカウント期間を経過すると、データ保持制御パルスHLDCをアクティブＨにする（ｔ１４）。これにより、参照信号生成部２７は、参照信号SLP_ADの生成を停止し（ｔ１４）、初期電圧SLP_iniに戻る。Ｐ相の処理時は、画素信号電圧ＶｘにおけるリセットレベルＶrstを電圧比較部２５２で検知してカウンタ部２５４でカウント動作を行なっているので、単位画素３のリセットレベルＶrstを読み出してリセットレベルＶrstのＡＤ変換を実施することになる。
【００７０】
続いての信号レベルＳsigについてのＡＤ変換期間であるデータ相（Ｄ相）の信号取得時には、リセットレベルＶrstに加えて、単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分Ｖsigを読み出し、Ｐ相の読出しと同様の動作を行なう。即ち、先ず通信・タイミング制御部２０は、カウントモード制御信号UDをハイレベルにしてカウンタ部２５４をアップカウントモードに設定する（ｔ１６）。またこのとき、単位画素３では、読出対象行Ｖｎの垂直選択信号をアクティブＨにしたままで転送信号をアクティブＨにして垂直信号線１９に信号レベルＳsigを読み出す（ｔ１８〜ｔ１９）。垂直信号線１９（Ｈ１，Ｈ２，…）上の信号レベルＳsigが収束して安定となったら、通信・タイミング制御部２０は、カウンタ部２５４におけるカウント動作開始と同時に参照信号SLP_ADが変化し始めるようにするべく、制御データＣＮ４として、データ保持制御パルスHLDCを使用し、このデータ保持制御パルスHLDCをインアクティブＬにする（ｔ２０）。これを受けて、参照信号生成部２７は、電圧比較部２５２の一方の入力端子RAMPへの比較電圧である参照信号SLP_ADとして、初期電圧SLP_iniを始点としＰ相と同じ傾きを持った全体として鋸歯状（RAMP状）に時間変化させた階段状もしくは線形状の電圧波形を入力する。電圧比較部２５２は、この参照信号SLP_ADと画素アレイ部１０から供給される垂直信号線１９の画素信号電圧Ｖｘとを比較する。電圧比較部２５２の入力端子RAMPへの参照信号SLP_ADの入力と同時に、電圧比較部２５２における比較時間を、参照信号生成部２７から発せられる参照信号SLP_ADに同期して、行ごとに配置されたカウンタ部２５４で計測する。カウンタ部２５４は、Ｄ相のカウント動作として、Ｐ相の読出し及びＡＤ変換時に取得された画素信号電圧ＶｘのリセットレベルＳrstのデジタル値Ｄrst（ここでは負の値となっている）から、Ｐ相とは逆にアップカウントを開始する。即ち、正の方向にカウント処理を開始する。
【００７１】
電圧比較部２５２は、参照信号生成部２７からの参照信号SLP_ADと垂直信号線１９を介して入力される画素信号電圧Ｖｘとを比較し、双方の電圧が同じになったときに、コンパレート出力をＨレベルからＬレベルへ反転させる（ｔ２２）。この結果を受けて、カウンタ部２５４は、コンパレート出力の反転とほぼ同時にカウント動作を停止し、その時点のカウント値を画素データとしてラッチ（保持・記憶）することでＡＤ変換を完了する（ｔ２２）。電圧比較部２５２における比較処理によって得られる時間軸方向に大きさを持っているアクティブロー（Ｌ）のパルス信号の幅をカウントクロックＣＫcnt1でカウント（計数）することで、画素信号電圧Ｖｘにおける信号レベルＳsigに対応したカウント値を得る。所定のアップカウント期間を経過すると、単位画素３では、読出対象行Ｖｎの垂直選択信号をインアクティブＬにして画素信号の垂直信号線１９への出力を禁止し、次の読出対象行Ｖｎ＋１について、垂直選択信号をアクティブＨにする（ｔ２６）。このとき、通信・タイミング制御部２０は、次の読出対象行Ｖｎ＋１についての処理に備える。例えば、カウントモード制御信号UDをローレベルにしてカウンタ部２５４をアッダウンカウントモードに設定する。このＤ相の処理時は、画素信号電圧Ｖｘにおける信号レベルＳsigを電圧比較部２５２で検知してカウント動作を行なっているので、単位画素３の信号成分Ｖsigを読み出して信号レベルＳsigのＡＤ変換を実施することになる。
【００７２】
ここで、信号レベルＳsigは、リセットレベルＳrstに信号成分Ｖsigを加えたレベルであるので、信号レベルＳsigのＡＤ変換結果のカウント値は、基本的には“Ｄrst＋Ｄsig”であるが、アップカウントの開始点を、リセットレベルＳrstのＡＤ変換結果である“−Ｄrst”としているので、実際に保持されるカウント値は、“−Ｄrst＋（Ｄsig＋Ｄrst）＝Ｄsig”となる。
【００７３】
つまり、本実施形態においては、カウンタ部２５４におけるカウント動作を、Ｐ相の処理時にはダウンカウント、Ｄ相の処理時にはアップカウントとしているので、カウンタ部２５４内で自動的に、リセットレベルＳrstのＡＤ変換結果であるカウント値“−Ｄrst”と信号レベルＳsigのＡＤ変換結果であるカウント値“Ｄrst＋Ｄsig”との間での差分処理（減算処理）が自動的に行なわれ、この差分処理結果に応じたカウント値Ｄsigがカウンタ部２５４に保持される。この差分処理結果に応じたカウンタ部２５４に保持されるカウント値Ｄsigは信号成分Ｖsigに応じたものとなる。
【００７４】
以上のようにして、Ｐ相の処理時におけるダウンカウントとＤ相の処理時におけるアップカウントといった、２回の読出しとカウント処理によるカウンタ部２５４内での差分処理によって、単位画素３ごとのばらつきを含んだリセットレベルＶrstを除去することができ、単位画素３ごとの入射光量に応じた信号成分ＶsigのみのＡＤ変換結果を簡易な構成で取得することができる。よって、本実施形態のカラムＡＤ回路２５は、アナログの画素信号をデジタルの画素データに変換するデジタル変換部としてだけでなく、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理機能部としても動作することとなる。カウンタ部２５４の後段にデータ記憶部を備えれば、カウンタ部２５４の動作前に、通信・タイミング制御部２０からのメモリ転送指示パルスに基づき、前行Ｈｘ−１のカウント結果をデータ記憶部に転送することができる。つまり、ＡＤ変換期間終了後、カウンタ部２５４内のデータをデータ記憶部へと退避し、カラムＡＤ回路２５は次の行Ｖｘ＋１のＡＤ変換を開始する。データ記憶部内のデータは、その裏で水平走査回路１２により順に選択され、出力回路２８を用いて読み出すことができる。
【００７５】
本実施形態では、計数部２５４（の計数処理部３５１）にてＣＤＳ処理を行なう基本構成とするが、これに限らず、リセットレベルＳrstのＰ相データと信号レベルＳsigのＤ相データを個別に出力部２８側に転送し、ＡＤ変換部２５０の後段のデジタル演算部４０４でＣＤＳ処理を行なってもよい。
【００７６】
水平転送部１１や垂直走査部１４等の駆動制御部７の各要素は、画素アレイ部１０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコン等の半導体領域に一体的に形成されたいわゆる１チップもの（同一の半導体基板上に設けられているもの）として、本実施形態の固体撮像装置１が構成される。固体撮像装置１は、このように各部が半導体領域に一体的に形成された１チップとして形成された形態であってもよいし、図示を割愛するが、画素アレイ部１０、駆動制御部７、カラム部２６等の各種の信号処理部の他に、撮影レンズ、光学ローパスフィルタ、或いは赤外光カットフィルタ等の光学系をも含む状態で、これらを纏めてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態としてもよい。
【００７７】
［固体撮像装置の基本動作］
図３は、ＡＤ変換処理とＣＤＳ処理に着目した固体撮像装置１の簡易的な回路構成図である。カウント動作期間制御部２５３は割愛して示している。
【００７８】
単位画素３は、電荷生成部３２の他に、４個のトランジスタを画素信号生成部５を構成する基本素子として備える。トランジスタとして、読出選択用トランジスタ３４（転送部を構成する）、リセットトランジスタ３６、垂直選択用トランジスタ４０、増幅用トランジスタ４２）が存在している。転送部を構成する読出選択用トランジスタ３４は、転送線５５（転送制御線）に転送駆動バッファＢＦ１から供給される転送信号TRで駆動される。初期化部を構成するリセットトランジスタ３６は、リセット線５６（リセット制御線）にリセット駆動バッファＢＦ２から供給されるリセット信号RSで駆動される。垂直選択用トランジスタ４０は、垂直選択線５２（選択制御線）に行選択駆動バッファＢＦ３から供給される垂直選択信号VSELで駆動される。
【００７９】
電荷生成部３２は、フォトダイオード等の受光素子で構成される検知部の一例である。電荷生成部３２は、受光素子のアノードが低電位側の基準電位Ｖssに接続され、カソード側が読出選択用トランジスタ３４のソースに接続されている。基準電位Ｖssは接地電位GNDとしてもよい。読出選択用トランジスタ３４（転送ゲート）は、ドレインがリセットトランジスタ３６とフローティングディフュージョン３８（蓄積部の一例）と増幅用トランジスタ４２とが接続される接続ノードに接続される。リセットトランジスタ３６は、ソースがフローティングディフュージョン３８に、ドレインがリセット電源Ｖrd（通常は電源Ｖddと共通にする）にそれぞれ接続される。電荷生成部３２にて生成され保持されている電荷は読出選択用トランジスタ３４をオンさせることで画素信号生成部５（詳しくはフローティングディフュージョン３８）側に読み出され、その分だけ電荷生成部３２の保持電荷量が減る。つまり、ここで示している単位画素３は破壊読出しの画素構成となっている。
【００８０】
垂直選択用トランジスタ４０は、一例として、ドレインが増幅用トランジスタ４２のソースに、ソースが画素線５１にそれぞれ接続され、ゲート（特に垂直選択ゲートSELVという）が垂直選択線５２に接続される。増幅用トランジスタ４２は、ゲートがフローティングディフュージョン３８に接続され、ドレインが電源Ｖddに接続され、ソースは垂直選択用トランジスタ４０を介して画素線５１に接続され、更に画素線５１が垂直信号線１９に接続される。他の接続例として、垂直選択用トランジスタ４０は、ドレインを電源Ｖddに接続し、ソースを増幅用トランジスタ４２のドレインに接続し、増幅用トランジスタ４２のソースを画素線５１に接続してもよい。
【００８１】
垂直信号線１９は、一端がカラム部２６側に延在するとともに、その経路において、読出電流源部２４が接続されている。動作電流供給部２４の各列の電流源２４０は、垂直列に対して負荷ＭＯＳトランジスタを有し、各列共通に使用される基準電流源部２４８と負荷ＭＯＳトランジスタとの間でゲート同士が接続されカレントミラー回路を構成し、垂直信号線１９に対し定電流源２４２として機能するようになっている。そして、増幅用トランジスタ４２との間で、略一定の動作電流（読出電流）が供給されるソースフォロワ構成が採られる。
【００８２】
参照信号生成部２７は、ＤＡ変換部２７０と抵抗部３４０とを有する。図示しないが、ＤＡ変換部２７０は、定電流源の組合せで構成されている電流源部、カウンタ部、オフセット生成部、電流源制御部、規定電流Ｉ_0を設定する基準電流源部を備え、電流出力型のＤＡ変換回路となっている。電流源部の電流出力端には、抵抗値Ｒ_340の抵抗部３４０が電流電圧変換部として接続されている。電流源部、電流源制御部、抵抗部３４０で、電流電圧変換部が構成され、電流源部と抵抗部３４０との接続点の発生する電圧が参照信号SLP_ADCとして利用される。
【００８３】
各カラムの垂直信号線１９は、比較処理部３２２の一方の端子（この例では反転入力端）に接続されている。これによって、垂直信号線１９を介して、画素信号電圧Ｖｘがカラム部２６のＡＤ変換部２５０に供給される。ＡＤ変換部２５０では、単位画素３から垂直信号線１９に読み出した画素信号電圧Ｖｘを、ＡＤ変換部２５０の比較処理部３２２で参照信号SLP_ADCと比較する。そして、図示を割愛したカウンタ制御信号生成部３３２が計数処理部３５１をカウントイネーブル信号ENに基づき動作させ、そのカウント動作と１対１の対応をとりながらを参照信号電位を変化させ、垂直信号線１９の画素信号電圧Ｖｘをデジタルデータに変換する。
【００８４】
尚、単位画素３としては、このような４個のトランジスタで画素信号生成部５を構成することに限られず、垂直選択用トランジスタ４０を省略し、増幅用トランジスタ４２を垂直選択用トランジスタ４０として兼用する３トランジスタ構成や、増幅用トランジスタ４２を複数の単位画素間で共有する構成等であってもよい。
【００８５】
＜ブルーミング防止シャッタ＞
［ブルーミング現象について］
図４は、ブルーミング現象を説明する図である。ここで、図４（Ａ）は、本実施形態のブルーミング対策を適用しない場合（以下では「通常駆動の場合」とも称する）の画素駆動タイミング例であり、図４（Ｂ）は入射光量が弱いときのポテンシャル変化を説明する図であり、図４（Ｃ）は、入射光量が強いときのポテンシャル変化を説明する図である。Ｐ１（Ｄ）はこれらの場合の蓄積時間（露光時間）と電荷生成部３２に蓄積される電荷量の関係を示す図である。図４（Ｅ）は、周りの画素に電荷が溢れ出すブルーミング現象の一例を示す図である。
【００８６】
一例として、図４（Ａ）では、図Ｖ２に示した４ＴＲ構成（画素共有なし）の場合で示す。この場合の通常駆動では、図４（Ａ）に示すように、期間Ｔ１で電荷生成部３２及びフローティングディフュージョン３８を所定電圧にリセットし、期間Ｔ２で受光した光を信号電荷（この例では電子）に光電変換し、電荷生成部３２に蓄積する。期間Ｔ２の後半部分の期間Ｔ４でフローティングディフュージョン３８をリセットし、このときのフローティングディフュージョン３８の電圧をリセットレベルとして読み出し、所定時間後の期間Ｔ３で読出選択用トランジスタ３４のゲートに転送パルスTR（のアクティブレベル：この例ではハイレベル）を供給して電荷生成部３２に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン３８に転送し、このときのフローティングディフュージョン３８の電圧を期間Ｔ５で信号レベルとして読み出す。
【００８７】
この場合において、規定の露光時間では電荷生成部３２が飽和しない程度の入射光量のとき（暗時：入射光が「弱いとき」）には、図４（Ｂ）に示すように、電荷生成部３２に蓄積された信号電荷が露光途中で電荷生成部３２の蓄積可能量を越えることはなく、全ての信号電荷がフローティングディフュージョン３８に転送される。フローティングディフュージョン３８の電圧を期間Ｔ５で信号レベルとして読み出すと、図４（Ｄ）に実線で示すように、飽和レベルに達していない信号を読み出すことになる。
【００８８】
一方、規定の露光時間で電荷生成部３２が飽和してしまう程の入射光量のとき（明時：入射光が「強いとき」）には、図４（Ｃ）に示すように、電荷生成部３２に蓄積される信号電荷が露光途中で溢れてしまい、その一部が隣接画素に溢れ出す。フローティングディフュージョン３８の電圧を期間Ｔ５で信号レベルとして読み出すと、図４（Ｄ）に一点鎖線で示すように、飽和レベルに達した状態の信号を読み出すことになる。
【００８９】
図４（Ｅ）に示すように、イメージセンサに設定された蓄積時間で飽和する画素より明るい画素は、信号電荷が飽和信号レベルを超えて、周りの画素にあふれ出すブルーミングという現象が起きる。ブルーミングは、白飛びする領域の拡大や、偽色等の画質の劣化を引き起こす。尚、図４（Ｅ）において、Ｒは赤色画素、Ｇは緑色画素、Ｂは青色画素である。
【００９０】
［ブルーミング現象の対策原理］
図５〜図６は、ブルーミング現象の対策原理を説明する図である。前述のブルーミング現象を回避するため、転送ゲート（読出選択用トランジスタ３４）に中間電圧を用いた電子シャッタを適用する。通常のセンサは転送ゲート（読出選択用トランジスタ３４）をオン／オフさせるための２値電圧の内のオンさせる電圧を与えた電子シャッタで、フォトダイオード等の電荷生成部３２の電荷は理想的には全て画素信号生成部５側（例えばフローティングディフュージョン３８領域）に転送される（「完全転送」と称する）。一方、図５（Ａ）に示すように、転送ゲートに、転送ゲートをオン／オフするための２値電圧の間の電圧（ブルーミング防止制御電圧、或いはＢＭ制御電圧と称する）を与え、このＢＭ制御電圧を与えた電子シャッタ（ブルーミング防止シャッタ或いはＢＭシャッタと称する）によって、図５（Ｂ）に示すように、当該ＢＭシャッタ動作後も電荷生成部３２内に所望の電荷を残すことができる。
【００９１】
両図から明らかなように、ＢＭ制御電圧Ｖbmの値によって、図５（Ａ）に示すように、電荷生成部３２に蓄積可能な電荷量が異なり、ＢＭ制御電圧Ｖbmが高いほど蓄積電荷量は多く、ＢＭ制御電圧Ｖbmが低いほど蓄積電荷量は少ない。一方、ＢＭシャッタにより電荷をフローティングディフュージョン３８に吐き出した分だけ電荷生成部３２がその後の露光によって飽和してしまうまでに余裕を持たせることができる。その後、引き続き露光を継続し最後に通常のオン電圧を転送ゲートに供給して完全転送を行ない信号を読み出す。理想的な信号に対して、過剰な電荷をＢＭシャッタにより減らすことにより、ブルーミング量を減らした高画質センサが実現できる。ＢＭ制御電圧を設定してシャッタ動作を行ない、飽和する画素より明るい画素の余分な電荷を引き抜き、ブルーミングを回避するのである。
【００９２】
例えば、図６（Ａ）は、入射光が弱く蓄積時間Ｔｓでは飽和電荷量にＨｓに達しない場合を示す。この場合、ＢＭシャッタを掛けるときには、電荷生成部３２に蓄積される信号電荷量は、ＢＭ制御電圧Ｖbmの印加による転送ゲートのポテンシャルを超えるまでには達せず、生成・蓄積された電荷がフローティングディフュージョン３８に吐き出される（転送されることはない。この後、引き続き露光を行なうことで、ＢＭシャッタ後は、引き続き、信号電荷の蓄積が継続される。最後に通常のシャッタ（完全転送）動作を行なうことで信号を読み出す。こうすることで、暗時の信号を適正に読み出すことができる。
【００９３】
図６（Ｂ）は、入射光が強く蓄積時間Ｔｓでは飽和電荷量にＨｓに達する程度に電荷生成部３２に蓄積される（蓄積された）信号電荷数が多いけれども、その途中でＢＭシャッタを掛けるときには未だ飽和レベルに達していない程度である場合を示す。この場合、ＢＭシャッタを掛けると、電荷生成部３２に蓄積される信号電荷の一部がＢＭ制御電圧Ｖbmの印加による転送ゲートのポテンシャルを超えてフローティングディフュージョン３８に吐き出され（転送され）、ＢＭ制御電圧Ｖbmに対応する分が電荷生成部３２に残る。この後、引き続き露光を行なうことで、ＢＭシャッタ後は、ＢＭ制御電圧Ｖbmに対応する分から、信号電荷の蓄積が継続される。最後に通常のシャッタ（完全転送）動作を行なうことで信号を読み出す。こうすることで、理想的な信号に対して、過剰な電荷をＢＭシャッタにより減らすことができ、ブルーミング量を減らした高画質センサが実現できる。
【００９４】
図６（Ｃ）は、入射光が非常に強く電荷生成部３２に蓄積される（蓄積された）信号電荷数が非常に多く、ＢＭシャッタを掛けるときには既に飽和レベルに達してしまう程度である場合を示す。この場合、ＢＭシャッタを掛ける前に、電荷生成部３２に蓄積される信号電荷が飽和レベルを越え、周辺画素に溢れ出し（オーバーフローし）、その後に、図６（Ｂ）に示した動作に移行する。この場合でも、当該ＢＭシャッタを掛けない場合より、隣接画素に溢れ出す電荷量は少なくなるので、ブルーミングが抑制される。
【００９５】
図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）におけるＢＭシャッタ前のオーバーフローを防止する態様である。電子シャッタの後から図６（Ｃ）のＢＭシャッタ時点までの間継続的に転送ゲートにＢＭ制御電圧Ｖbmを印加し続ける。つまり、電子シャッタの後継続的に図６（Ｃ）におけるＢＭシャッタ時点までＢＭシャッタを掛け続ける。こうすることで、図６（Ｃ）のＢＭシャッタを掛ける前に、電荷生成部３２に蓄積される信号電荷が飽和レベルを越えるような状態になるケースでは、飽和電荷量Ｈｓに達する以前に、電荷をフローティングディフュージョン３８に吐き出すことができ、周辺画素に溢れ出すことはない。
【００９６】
以上に説明したように、本実施形態のブルーミング対策によれば、低照度では信号の劣化なく十分な露光時間を経て完全転送で読み出すことができる。一方、高照度ではＢＭ制御電圧Ｖbmに対応する転送ゲートのポテンシャルを超えた余剰分を画素信号生成部５側（フローティングディフュージョン３８）に吐き捨てることで、ブルーミング現象を抑制した高画質の画像を作成することができる。
【００９７】
ＢＭシャッタによってフローティングディフュージョン３８に転送された信号電荷は、そのままにしておいてもよいしリセット動作により捨ててもよい。更には、リセット動作を行なうか否かに拘わらず、信号として読み出してもよい。後者の場合、このときの信号を保持しておき、ダイナミックレンジの拡大処理に利用する。
【００９８】
入射光が極めて強い場合にはＢＭ制御電圧Ｖbmによって吐き出した電荷でフローティングディフュージョン３８が一杯になり、フローティングディフュージョン３８でのオーバーフロー現象が生じることが懸念される。その対策としては、リセット動作を行なうことにより、フローティングディフュージョン３８に溜まった不要電荷をリセット電源Ｖrd側に掃き捨てるのがよい。このリセット動作はＢＭシャッタごとである必要はなく、適当なタイミングで行なえば十分である。或いは、リセットトランジスタ３６としてディプレッション構造のものを使用すると、リセットトランジスタ３６がオフ状態（非選択時）においてもリーク電流が流れ得るので、その特質を利用して、フローティングディフュージョン３８がオーバーフローする前に、自然と、フローティングディフュージョン３８に溜まった不要電荷をリセット電源Ｖrdに掃き捨てることができる。このディプレッション構造のリセットトランジスタ３６の特質を利用して不要電荷をリセット電源Ｖrd側へ排出する場合、ＢＭ制御電圧ＶbmがＨレベルを規定する電圧に近いと、不要電荷量の増加が早くなり、リセットトランジスタ３６による不要電荷の排出機能が間に合わずフローティングディフュージョン３８をオーバーフローさせてしまうことも懸念される。よって、確実に、フローティングディフュージョン３８をオーバーフローさせずに不要電荷をリセット電源Ｖrd側へ排出するには、ＢＭ制御電圧ＶbmはＨレベルを規定する電圧よりもある程度低いことが望ましい。後述するＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧Ｖbmの設定条件１）及び２）を満たす場合は、この条件がクリアされる。
【００９９】
＜ＢＭシャッタのタイミング及び制御電圧＞
［基本設定：ＢＭシャッタごとのＢＭ制御電圧］
図７〜図９は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧Ｖbmの設定条件の基本を説明する図である。この基本設定は、ＢＭシャッタごとに最適なＢＭ制御電圧Ｖbmを設定する手法である。
【０１００】
以下では、前提として、固体撮像装置１は、蓄積時間Ｔｓで飽和電荷量Ｈｓに達すると定義する。飽和電荷量Ｈｓは、ウェハーや画面内バラつきや中間電圧のバラつき等を考慮したマージンを確保したレベルに設定することが望ましい。通常読出し用やブルーミング抑制用の中間シャッタ等の転送ゲートに供給する駆動信号ＴＲＧをアクティブとすることをシャッタ動作と称する。特にブルーミング防止に関するシャッタ動作をブルーミング防止シャッタと称する。そして、通常読出し用やブルーミング抑制用の中間シャッタ等の合計のシャッタ動作回数をＮとする。読出選択用トランジスタ３４を転送ゲートと称する。
【０１０１】
ここで、ブルーミング対策電圧の一例であるＢＭ制御電圧Ｖbmは、通常の２値駆動におけるＨレベルとＬレベルとを除く範囲であればよく、原理的には、ＢＭ制御電圧Ｖbmとしては、Ｈレベルを規定することになる電圧Ｖcc_HとＬレベルを規定することになる電圧Ｖcc_Lとを除いた電圧レベルであればどのような値であってもよい。過剰入射時の電荷の溢れを自身のフローティングディフュージョン３８側に転送可能な電圧がＢＭ制御電圧Ｖbm（ブルーミング対策電圧）であるから、本来は、インアクティブレベル（Ｌレベル）を規定する低電圧よりもアクティブレベル（Ｈレベル）側の電圧であればよく、Ｈレベルを規定する電圧であっても差し支えないのであるが、Ｈレベルとすることは得策ではなく、本実施形態では、ブルーミング対策電圧として、Ｈレベルを規定する電圧は使用しない。
【０１０２】
即ち、先ず、Ｌレベルを規定する電圧Ｖcc_Lに過度に近いとブルーミング対策効果が薄れるし、またＨレベルを規定する電圧Ｖcc_Hに過度に近いと読出選択用トランジスタ３４（転送ゲート）を常時オンさせている状態に極めて近くなり、たとえリセットトランジスタ３６としてディプレッション構造のものを使用したとしても不要電荷の排出機能が不十分となりフローティングディフュージョン３８をオーバーフローさせてしまうことも懸念される。
【０１０３】
例えば、信号電荷を電圧信号に変換する際の変換効率を上げるためには、フローティングディフュージョン３８の容量（寄生容量含む）を下げることが必要であり、そのためにフローティングディフュージョン３８はオーバーフローし易くなる。このとき、ディプレッション構造のリセットトランジスタ３６を介したリセット電源Ｖrdへの排出能力不足があるとオーバーフローし易くなるのである。
【０１０４】
ブルーミング対策である点を加味すれば、ＢＭ制御電圧Ｖbmの最適な範囲は、電荷生成部３２から溢れ出す不要電荷成分がフローティングディフュージョン３８側に流れ易くし、かつ露光量が多い場合でも電荷生成部３２から溢れ出す不要電荷成分がフローティングディフュージョン３８をオーバーフローさせない程度であればよい。リセットトランジスタ３６を常時オンさせたときの前述の信頼性・暗電流の問題等をも加味すれば、電圧Ｖcc_Hよりは低電圧であり、かつ電圧Ｖcc_Lよりも高電圧であることが望ましい。更に詳しくは以下の通りである。
【０１０５】
先ず、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧Ｖbmは、以下に示す設定条件を考慮するのがよい。
１）ＢＭシャッタ時における「飽和電荷量に対応する電荷量」（詳細は後述する）を電荷生成部３２が保持可能な電圧であるのがよい。
２）最後の完全転送時に信号を読み出すときには飽和レベルを読み出すことができるように、最後のＢＭシャッタのタイミングを設定するのがよい。
【０１０６】
設定条件１）を満たすには、通常の電子シャッタから通常の読出し（完全転送）までの露光期間中に飽和レベルに達する光量が入射している条件下での各タイミングにおける蓄積電荷を電荷生成部３２に保持できる電圧に設定することで実現される。詳しくは、蓄積時間と蓄積電荷量に線形関係があり、蓄積時間Ｔｓで飽和電荷量Ｈｓに達するとしたとき、図７に示すように、当該特性を示す直線Ｌｓから、ＢＭシャッタ用のＢＭ制御電圧Ｖbmを印加するタイミングにおける電荷生成部３２に保持すべき電荷量を「飽和電荷量に対応する電荷量」と規定する。以下では「飽和電荷量に対応する電荷量」をブルーミング防止電荷量或いはＢＭ電荷量とも称する。「飽和電荷量に対応する電荷量」（ＢＭ電荷量Ｑbm）を電荷生成部３２が保持可能なＢＭ制御電圧Ｖbmは、蓄積時間及び飽和信号量を考慮したとき、センサの理想的な出力に影響を与えない電圧である。そこで、ＢＭ電荷量Ｑbmを保持可能な印加電圧を、図５（Ｂ）に示したような印加電圧（ＢＭ制御電圧Ｖbm）と電荷生成部３２の保持電荷量の関係から決定する。尚、このようにして決定した「飽和電荷量に対応する電荷量」を与える最適な電圧値に対して、ＢＭ制御電圧Ｖbmが完全同一のであることに限らず、多少（例えば数％程度）の誤差があてもよい。
【０１０７】
更には、誤差に関わらず、仮に、ＢＭ制御電圧ＶbmがＢＭ電荷量Ｑbmを保持可能な電圧よりも小さいときには、飽和しないレベルの入射光のときにも電荷生成部３２に発生した電荷の一部がＢＭシャッタ時にフローティングディフュージョン３８に吐き出されるため、完全転送時に読み出した信号レベルが不適正になる。つまり、ＢＭ制御電圧ＶbmがＢＭ電荷量Ｑbmを保持可能な電圧よりも小さいときには、センサの理想的な出力に影響を与えてしまう。逆に、ＢＭ制御電圧ＶbmがＢＭ電荷量Ｑbmを保持可能な電圧よりも少し大きいときには、ＢＭシャッタ時にはフローティングディフュージョン３８に吐き出されるまでに若干の余裕がある。又、設定条件１）を満たす場合には自動的に設定条件２）は満たされる。何故なら、飽和するレベルの入射光の場合、蓄積時間に対する蓄積電荷量の線形関係を示す直線の傾きは、蓄積時間Ｔｓで飽和電荷量Ｈｓに達するとしたときの直線Ｌｓの傾きよりも必ず大きいからである。
【０１０８】
以上の説明は、蓄積時間と蓄積電荷量に線形関係があるとしたときであるが、線形関係にない場合であっても、その特性曲線から、ＢＭシャッタ時における「飽和電荷量に対応する電荷量」を求めることができる。そして、この場合も、ＢＭシャッタ時に「飽和電荷量に対応する電荷量」を電荷生成部３２が保持可能な電圧を転送ゲートの制御電圧とすればよい。
【０１０９】
以上を踏まえると、ＢＭシャッタ時に「飽和電荷量に対応する電荷量」或いはこれよりも少し多い電荷量を電荷生成部３２が保持可能な電圧を転送ゲートの制御電圧（つまりＢＭ制御電圧Ｖbm）とすればよい。
【０１１０】
ＢＭシャッタを掛ける回数及びタイミングはブルーミング現象に対する耐量から規定すればよい。例えば、１回のＢＭシャッタで飽和電荷量Ｈｓに対して例えば約２倍の耐量を持つようにするには、図８（Ａ）に示すように、Ｔｓ／２のタイミングでは飽和しないように、Ｔｓ／２のタイミングでＢＭシャッタを掛ければよい。ブルーミング量を低減できるし、完全転送時には飽和レベルを読み出すことができる。図８（Ｂ）に示すように、Ｔｓ／２よりも遅くにＢＭシャッタを掛ける場合、ブルーミング耐量は約Ｔｓ／Ｔbm倍（＜２倍）になる。逆に、図８（Ｃ）に示すように、Ｔｓ／２よりも早くにＢＭシャッタを掛ける場合は、一見すると、ブルーミング耐量が約Ｔｓ／Ｔbm倍（＞２倍）になるように思えるが、ＢＭシャッタ後に発生するブルーミング量が多く実態としてはＴｓ／Ｔbm倍の効果は得られない。以上を踏まえると、１回のＢＭシャッタは、Ｔｓ／２のタイミングに行なうことで、飽和電荷量Ｈｓに対して約２倍の耐量を持つようにするのが最適と云える。
【０１１１】
更に又、以上のことから、ｎ×Ｔｓ／Ｎ（ｎは１以上“Ｎ−１”までの正の整数）のタイミングごとにＢＭシャッタを掛けると、約Ｎ倍の耐量を持つことができると云うことを導くことができる。つまり、ＢＭシャッタは複数回行なう（それに伴ってＢＭ制御電圧Ｖbmは複数種類用意する）方が、ブルーミング量低減の効果は高い。Ｔｓ／Ｎ時間おきにＮ−１回（Ｎ≧２）のＢＭシャッタを掛ける。ｎ番目のＢＭシャッタ時には、その時点で電荷生成部３２に保持可能なＢＭ電荷量Ｑbmが、ｎ×Ｈｓ／Ｎとなるように、ＢＭ制御電圧Ｖbmを設定する。例えば、Ｎ＝２のとき、Ｔｓ／２時間おきに電荷生成部３２内の電荷がＨｓ／２になるようなＢＭシャッタを行なう。Ｎ＝４のときには、Ｔｓ／４時間おきに電荷生成部３２内の電荷がＨｓ／４、２×Ｈｓ／４、３×Ｈｓ／４になるようなＢＭシャッタを行なう。
【０１１２】
例えば、図９は、３回のＢＭシャッタを行なう場合を示す。複数回のＢＭシャッタにより、図９（Ａ）に示すように、電荷生成部３２内の保持可能な電荷量は更に減り、その結果として、ブルーミング量を減らすことができる。一方、図９（Ｂ）に示すように、元々、飽和して一定値になるはずの画素であったため、読出し時の電荷生成部３２内の電荷量はＢＭシャッタを入れない場合と同じとなり、イメージセンサの出力に影響を与えない。このように、出力に影響を与えることなくブルーミング量を減らした高画質化を実現できる。
【０１１３】
［変形例：共通のＢＭ制御電圧］
図１０〜図１１は、ＢＭシャッタのタイミング及びＢＭ制御電圧Ｖbmの設定条件の変形例を説明する図である。この変形設定は、ＢＭシャッタを複数回行なう場合に、各回のＢＭシャッタのＢＭ制御電圧Ｖbmを同一（同じ電圧値）にする手法である。各回のＢＭ制御電圧Ｖbmについて、「同じ電圧値」とは、電圧値が完全同一の場合だけを云うのではなく、数％程度の多少の誤差が合ってもよい。
【０１１４】
ＢＭシャッタを複数回行なう場合に、それぞれについて最適なＢＭ制御電圧Ｖbmを用意することは、その分、電圧設定回路が必要になるため、チップ面積や消費電力の弊害が出てくる。その対策として、１種類のＢＭ制御電圧Ｖbmを使用する。
【０１１５】
先ず、図８（Ｃ）に示したことから理解されるように、Ｔｓ／２よりも早くにＢＭシャッタを掛けることで、その時点ではブルーミング耐量が約Ｔｓ／Ｔbm倍になる。但し、そのままでは、ＢＭシャッタ後に発生するブルーミング量が大きくＴｓ／Ｔbm倍の効果は得られない。これを解消するには、当該ＢＭシャッタ後に更にＢＭシャッタを掛ければよい。この繰り返しにより複数回のＢＭシャッタを掛けることになる。ここで、各回のＢＭシャッタ時のＢＭ制御電圧Ｖbmは、最終回のＢＭシャッタにおける「飽和電荷量に対応する電荷量」（ＢＭ電荷量Ｑbm）を電荷生成部３２が保持可能な電圧とする。
【０１１６】
最終回のＢＭシャッタをどのタイミングにするのがよいか（換言するとＢＭ制御電圧Ｖbmの設定値を如何様にするのがよいか）について検討する。ＢＭシャッタを複数回にする場合、等間隔でＢＭシャッタを入れてもよいが、ＢＭシャッタ後は電荷生成部３２に電荷が残っているため、完全シャッタ後と比べ、早く飽和に達することになる。よって、電子シャッタ後から１回目のＢＭシャッタまでの時間Ｔbm_1と、それ以降のＢＭシャッタの時間間隔Ｔbm_xとを同じにするのは好ましくなく、「Ｔbm_1＜Ｔbm_x」であるのがよい。ここで、ｘは“２”以上“Ｎ−１”の正の整数であり、Ｔbm_xは“ｘ−１”回目のＢＭシャッタとｘ回目のＢＭシャッタとの時間間隔である。
【０１１７】
ＢＭシャッタの総回数を少なくする上ではＢＭ電荷量Ｑbmが少ない方がよい。このことは、最後のＢＭシャッタのタイミングをＴｓ／２よりも早くにすることを意味する。しかしながらこの場合、図８（Ｃ）に示したことから理解されるように、最後のＢＭシャッタ後に発生するブルーミング量が大きくなる。よって、全体的なバランスの点では、１回のＢＭシャッタのときと同様に、Ｔｓ／２を最後のＢＭシャッタのタイミングにするのが好適と云える。但し、ＢＭシャッタの回数を多少増やしてもよい場合には、最後のＢＭシャッタのタイミングをＴｓ／２よりも遅くして、ＢＭ電荷量ＱbmをＨｓ／２よりも多くしてもよい。この場合、最後のＢＭシャッタから完全転送までの時間を短くできるので、ブルーミング量を少なくできる利点がある。
【０１１８】
以上の点を一般化して図示すると図１０に示すようになる。図中において、電子シャッタ後に最初にＢＭ電荷量Ｑbmに達するまでの時間をＴｘ（＝Ｔbm_1）とし、その後に飽和に達するまでの時間をα・Ｔｘとする。したがって、（１＋α）・Ｔｘ（＝Ｔbm_1）の時点で１回目のＢＭシャッタを掛け、以下、α・Ｔｘ（＝Ｔbm_x）ごとにＭ（＝Ｎ−２）回のＢＭシャッタを掛ける。この場合、ＢＭ電荷量Ｑbmは、１回目のＢＭシャッタまでの直線からはＨｓ／（１＋α）で表すことができ、又、直線Ｌｓからは｛（１＋α）＋Ｍ・α｝・Ｔｘ・Ｈｓ／Ｔｓで表すことができる。これより、（１＋α）・｛（１＋α）＋Ｍ・α｝＝Ｔｓ／Ｔｘが導かれる。
【０１１９】
例えば、ＢＭ制御電圧Ｖbmとしては、飽和電荷量の約半分を電荷生成部３２に残す電圧を設定する。ＢＭシャッタの本数が１本の場合、蓄積時間の中心にＢＭシャッタを設定する。そして、ＢＭシャッタを追加する場合、最初のＢＭシャッタまでの期間の半分のシャッタ期間を確保するようなＢＭシャッタを追加した方がよい。
【０１２０】
例えば、図１１（Ａ）は、Ｎ＝３（Ｍ＝１）の場合、つまり、ＢＭシャッタ（ブルーミング対策シャッタ）を２本入れた場合である。図１１（Ｂ）は、Ｎ＝４（Ｍ＝２）の場合、つまり、ＢＭシャッタ（ブルーミング対策シャッタ）を３本入れた場合である。飽和電荷量の約半分を電荷生成部３２に残す電圧をＢＭ制御電圧Ｖbmとして設定するので、Ｈｓ／（１＋α）＝Ｈｓ／２より、α＝１である。電子シャッタから１回目のＢＭシャッタまでは２・Ｔｘであり、１回目と２回目（図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）のとき）及び２回目と３回目（図１１（Ｂ）のとき）のＢＭシャッタ間隔はＴｘであり、１回目と２回目や２回目と３回目の間には、最初のＢＭシャッタまでの期間の半分のシャッタ期間が確保されていることが分かる。
【０１２１】
＜垂直走査部＞
［第１例］
図１２は、垂直走査部１４の第１例を示す図である。第１例は、図１に示した固体撮像装置１（ＣＭＯＳイメージセンサ）が、画素アレイ部１０の各単位画素３を画素行毎に順次走査して信号のリセットを行なうローリングシャッタ（フォーカルプレーンシャッタ）撮像に対応している。具体的には、第１例の垂直走査部１４は、行選択回路５１２、先行選択回路５１３、論理回路５１４、ドライバ回路５１５を有する。行選択回路５１２、先行選択回路５１３、論理回路５１４が垂直アドレス設定部１４ａと対応し、ドライバ回路５１５が垂直駆動部１４ｂと対応する。
【０１２２】
行選択回路５１２は、第１駆動部に相当し、シフトレジスタ或いはアドレスデコーダ等によって構成され、通信・タイミング制御部２０による制御の下に、転送パルスTR、リセットパルスRS及び垂直選択信号VSEL等の画素駆動パルスを適宜発生することにより、画素アレイ部１０の各単位画素３を電子シャッタ行と読出し行それぞれについて行単位で垂直方向（上下方向）に走査しつつ選択し、電子シャッタ行に対してはその行の単位画素３の信号掃き捨てを行なうための電子シャッタ動作を行なうとともに、読出し行に対してはその行の単位画素３の信号読み出しを行なうための読出し動作を行なう。
【０１２３】
ここでは、図示を省略するが、行選択回路５１２は、単位画素３を行単位で順に選択走査しつつ、読出し行の各単位画素３の信号を読み出す読出し動作を行なうための読出し走査系と、当該読出し走査系による読出し走査よりもシャッタ速度に対応した時間分だけ先行して同じ行（電子シャッタ行）に対して電子シャッタ動作を行なうための電子シャッタ走査系とを有する構成となっている。電子シャッタ走査系による電子シャッタ動作によって電荷生成部３２の不要な電荷がリセットされたタイミングから、読出し走査系による読出し動作によって単位画素３の信号が読み出されるタイミングまでの期間が、単位画素３における信号電荷の蓄積期間（第１露光時間）となる。即ち、電子シャッタ動作とは、電荷生成部３２に蓄積された信号電荷のリセット（掃き捨て）を行ない、そのリセット後から新たに信号電荷の蓄積を開始する動作である。
【０１２４】
先行選択回路５１３は、第２駆動部に相当し、複数の行選択回路、例えば２つの行選択回路５１３Ａ及び行選択回路５１３Ｂによって構成され、行選択回路５１２が選択走査する読出し行に先行して等間隔に複数行（本例では、２行）を選択走査する。行選択回路５１３Ａ及び行選択回路５１３Ｂは、シフトレジスタ或いはアドレスデコーダ等によって構成され、通信・タイミング制御部２０による制御の下に、行選択回路５１２の選択走査に同期して、転送パルスTRを適宜発生することにより、行選択回路５１２によって選択走査される読出し行に先行して等間隔に２つの行を選択走査する。この選択走査では、転送パルスTRに基づいて、電荷生成部３２に蓄積された信号電荷をフローティングディフュージョン３８に転送する動作が行なわれる。
【０１２５】
論理回路５１４は、通信・タイミング制御部２０による制御の下に、行選択回路５１２及び先行選択回路５１３の２つの行選択回路５１３Ａ及び行選択回路５１３Ｂからそれぞれ行選択のために出力される転送パルスTR、リセットパルスRS及び垂直選択信号VSELを、ドライバ回路５１５を通して画素アレイ部１０の各制御線に供給するとともに、転送パルスTRの電圧値を選択するための信号をドライバ回路５１５に与える。
【０１２６】
ドライバ回路５１５は、行選択回路５１２による選択走査に同期して、単位画素３の各トランジスタ（読出選択用トランジスタ３４、リセットトランジスタ３６、垂直選択用トランジスタ４０）をオン／オフするための電圧の転送パルスTR、リセットパルスRS及び垂直選択信号VSELを単位画素３に供給する。更には、ドライバ回路５１５は、行選択回路５１３Ａ及び行選択回路５１３Ｂによる選択走査に同期して、読出選択用トランジスタ３４をオン／オフするための電圧に対して中間的な電圧（中間電圧とも記す）の転送パルスTRを単位画素３に供給する。即ち、ドライバ回路５１５は、第１供給電圧制御部、第２供給電圧制御部、及び、第３供給電圧制御部としての機能を持つ。ドライバ回路５１５には、転送駆動バッファＢＦ１、リセット駆動バッファＢＦ２、行選択駆動バッファＢＦ３が設けられる。
【０１２７】
［第２例］
図１３は、垂直走査部１４の第２例を示す図である。第２例は、図１に示した固体撮像装置１（ＣＭＯＳイメージセンサ）が、画素アレイ部１０の全単位画素３に対して同一のタイミングで露光を行なうグローバルシャッタ（全画素一括の電子シャッタ）撮像に対応している。グローバルシャッタでは、ローリングシャッタ（垂直走査による電荷掃き出し）によるアーチファクトが発生しない。具体的には、第２例の垂直走査部１４は、図１２の先行選択回路５１３に代えて、複数行を同時に選択する複数行同時選択回路５５１を備えている。更に、図示しないが、グローバルシャッタに対応するために、固体撮像装置１の光学上の前段にメカニカルシャッタ（以下、「メカシャッタ」と略称する）を備えることになる。それ以外の構成は、基本的に、第１例の場合と同様である。このような第２例においても、ＢＭ制御電圧Ｖbmを設定してＢＭシャッタを掛けることにより、理想的な信号に対して過剰な電荷を減らすことができ、ブルーミング量を減らした高画質センサが実現できる。
【０１２８】
［第３例］
図１４は、垂直走査部１４の第３例を示す図である。第３例の垂直走査部１４は、通常の行選択を行なう行選択回路５１２に加えて、図１２に示す先行選択回路５１３と図１３に示す複数行同時選択回路５５１とを備えた構成となっている。それ以外の構成は、基本的に、第１例と同じである。このように、先行選択回路５１３と複数行同時選択回路５５１とを併せ持つ構成を採ることにより、フォーカルプレーンシャッタ対応の駆動と、グローバルシャッタ対応の駆動とを切り換えて実行することが可能となる。当然のことながら、このような第３例においても、ＢＭ制御電圧Ｖbmを設定してＢＭシャッタを掛けることにより、理想的な信号に対して過剰な電荷を減らすことができ、ブルーミング量を減らした高画質センサが実現できる。
【０１２９】
＜画素駆動回路＞
［第１例：３値＋共有なし］
図１５は、転送パルスTRをブルーミング防止中間電圧Ｖbmの駆動も可能にするための転送駆動バッファＢＦ１の構成例を説明する図である。参考のため、それぞれ通常の２値駆動に対応した画素リセットパルスRS用のリセット駆動バッファＢＦ２及び垂直選択パルスVSEL用の行選択駆動バッファＢＦ３について図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示している。図１５（Ｃ）が転送駆動バッファＢＦ１の構成例であり、図１５（Ｄ）は転送駆動バッファＢＦ１の動作を説明する真理値表である。第１例は、画素共有構造をとらない場合の構成例である。
【０１３０】
図示を割愛するが、転送駆動バッファＢＦ１、リセット駆動バッファＢＦ２、及び、行選択駆動バッファＢＦ３には、固体撮像装置１の外部に設けられ、その出力インピーダンスが十分に小さな電源回路から、正電圧側の電圧Ｖcc_H、ブルーミング防止用の中間電圧（ＢＭ制御電圧Ｖbm）、及び、負電圧側の電圧Ｖcc_Lと云った３種類の電圧と、基準の接地電圧（グランド＝０Ｖ）とが供給されるようになっている。通常、電圧Ｖcc_Hは単位画素３側の電源電圧Ｖrd及び電源電圧Ｖdd（例えば３Ｖ程度）と等しくし、電圧Ｖcc_Lは基準電圧Ｖss（例えば−１Ｖ程度）と等しくする。２値出力との関係においては、電圧Ｖcc_HがＨレベルに、接地電圧GND がＬレベルに対応する。
【０１３１】
図１５（Ａ）に示すように、リセット駆動バッファＢＦ２は、垂直アドレス設定部１４ａで生成されるリセット信号φRSを論理反転するインバータ３３０と出力バッファ３４８とを有する。出力バッファ３４８には、Ｈレベルを規定する電圧Ｖcc_Hと、Ｌレベルを規定する接地電圧GND が供給される。出力バッファ３４８は、一例として、ｐチャネル型のトランジスタ（ｐ型トランジスタ）３４８Ｈと、ｎチャネル型のトランジスタ（ｎ型トランジスタ）３４８Ｌとを、電圧Ｖcc_Hと接地電圧GND との間に直列に配置した構成となっている。ｐ型トランジスタ３４８Ｈのソースは電圧Ｖcc_Hに接続され、ｎ型トランジスタ３４８Ｌのソースは接地電圧GND に接続されている。ｐ型トランジスタ３４８Ｈとｎ型トランジスタ３４８Ｌの各ドレインを共通に接続し、その接続点を画素リセットパルスRS用の出力端に接続している。ｐ型トランジスタ３４８Ｈとｎ型トランジスタ３４８Ｌの各ゲートを共通に接続し、その接続点にインバータ３３０の出力（リセット信号φNRST）を供給する。
【０１３２】
全体としては、ｐ型トランジスタ３４８Ｈとｎ型トランジスタ３４８Ｌとは、垂直アドレス設定部１４ａから供給される２値のリセット信号φRSに基づき、電圧Ｖcc_Hと接地電圧GND との間で２値駆動用の画素リセットパルスRSを出力するＣＭＯＳインバータバッファとして構成されている。例えば、垂直アドレス設定部１４ａから供給されるリセット信号φRSがインアクティブＬのときには、ｎ型トランジスタ３４８Ｌがオン（ＯＮ）するとともに、ｐ型トランジスタ３４８Ｈがオフ（ＯＦＦ）するので、画素リセットパルスRSは接地電圧GND に対応したＬレベルとなる。垂直アドレス設定部１４ａから供給されるリセット信号φRSがアクティブＨのときには、ｐ型トランジスタ３４８Ｈがオン（ＯＮ）するとともに、ｎ型トランジスタ３４８Ｌがオフ（ＯＦＦ）するので、画素リセットパルスRSは電圧Ｖcc_Hに対応したＨレベルとなる。
【０１３３】
図１５（Ｂ）に示すように、行選択駆動バッファＢＦ３は、リセット駆動バッファＢＦ２と同じように、垂直アドレス設定部１４ａで生成される垂直選択信号φVSELを論理反転するインバータ３５０と出力バッファ３６８とを有する。出力バッファ３６８には、Ｈレベルを規定する電圧Ｖcc_Hと、Ｌレベルを規定する接地電圧GND が供給される。出力バッファ３６８は、一例として、ｐチャネル型のトランジスタ（ｐ型トランジスタ）３６８Ｈと、ｎチャネル型のトランジスタ（ｎ型トランジスタ）３６８Ｌとを、電圧Ｖcc_Hと接地電圧GND との間に直列に配置した構成となっている。ｐ型トランジスタ３６８Ｈのソースは電圧Ｖcc_Hに接続され、ｎ型トランジスタ３６８Ｌのソースは接地電圧GND に接続されている。ｐ型トランジスタ３６８Ｈとｎ型トランジスタ３６８Ｌの各ドレインを共通に接続し、その接続点を垂直選択パルスVSEL用の出力端に接続している。ｐ型トランジスタ３６８Ｈとｎ型トランジスタ３６８Ｌの各ゲートを共通に接続し、その接続点にインバータ３５０の出力（垂直選択信号φNVSEL ）を供給する。
【０１３４】
全体としては、ｐ型トランジスタ３６８Ｈとｎ型トランジスタ３６８Ｌとは、垂直アドレス設定部１４ａから供給される２値の垂直選択信号φVSELに基づき、電圧Ｖcc_Hと接地電圧GND との間で２値駆動用の垂直選択パルスVSELを出力するＣＭＯＳインバータバッファとして構成されている。例えば、垂直アドレス設定部１４ａから供給される垂直選択信号φVSELがインアクティブＬのときには、ｎ型トランジスタ３６８Ｌがオン（ＯＮ）するとともに、ｐ型トランジスタ３６８Ｈがオフ（ＯＦＦ）するので、垂直選択パルスVSELは接地電圧GND に対応したＬレベルとなる。また、垂直アドレス設定部１４ａから供給される垂直選択信号φVSELがアクティブＨのときには、ｐ型トランジスタ３６８Ｈがオン（ＯＮ）するとともに、ｎ型トランジスタ３６８Ｌがオフ（ＯＦＦ）するので、垂直選択パルスVSELは電圧Ｖcc_Hに対応したＨレベルとなる。
【０１３５】
図１５（Ｃ）に示すように、転送駆動バッファＢＦ１は、転送駆動バッファＢＦ１は、垂直アドレス設定部１４ａから供給される２値の転送信号φTR及びＢＭシャッタ信号φBMに基づいて、３値駆動用の転送パルスTRを生成可能に構成されている。具体的には、転送駆動バッファＢＦ１は、論理回路３１０と、３値出力の対応をとるべくインバータ構成と類似した出力バッファ３２８とを有する。出力バッファ３２８には、正電圧側の電圧Ｖcc_Hと、ＢＭ制御電圧Ｖbmと、負電圧側の電圧Ｖcc_Lと云った３種類の電圧が供給される。論理回路３１０には、垂直アドレス設定部１４ａから、行選択のタイミングを示すアクティブＨ（ハイ）のアドレス信号ADRSが与えられるとともに、画素信号の読出しタイミングでアクティブＨ（ハイ）の転送信号φTRが供給され、ＢＭ制御電圧Ｖbmを印加するタイミングでＢＭシャッタ信号φBMが供給される。
【０１３６】
図１に示した固体撮像装置１の構成において、垂直走査回路１４の垂直駆動部１４ｂに３種類の電圧が供給されている状態で、通信・タイミング制御部２０からの指示に基づき垂直アドレス設定部１４ａで読出し行のアドレスADRSを決定し、当該アドレスADRSを示すアドレス信号φADRSを論理回路３１０に入力する。このとき、読出し行の読出選択用トランジスタ３４には、２値（ＨレベルとＬレベル）の転送パルスφTRとＢＭシャッタ信号φBMとが供給され、シャッタ動作行と読出し動作行に該当した時点の１水平期間（１Ｈ）の所定タイミングにおいて読出選択用トランジスタ３４を駆動する。
【０１３７】
出力バッファ３２８は、一例として、ｐチャネル型のトランジスタ（ｐ型トランジスタ）及び／又はｎチャネル型のトランジスタ（ｎ型トランジスタ）で構成する。具体的には、ｐ型トランジスタ３２８Ｈと、並列配置された２つのｎ型トランジスタ３２８BM及びｎ型トランジスタ３２８Ｌとを直列に配置した構成となっている。ｐ型トランジスタ３２８Ｈのソースは電圧Ｖcc_Hに接続され、ｎ型トランジスタ３２８BMのソースはＢＭ制御電圧Ｖbmに接続され、ｎ型トランジスタ３２８Ｌのソースは電圧Ｖcc_Lに接続されている。ｐ型トランジスタ３２８Ｈとｎ型トランジスタ３２８BMとｎ型トランジスタ３２８Ｌの各ドレインを共通に接続し、その接続点を転送パルスTR用の出力端に接続している。論理回路３１０からは、アクティブＬ（ロー）の転送信号TRVDがｐ型トランジスタ３２８Ｈのゲートに供給され、アクティブＨ（ハイ）の転送信号TRBMがｎ型トランジスタ３２８BMのゲートに供給され、アクティブＨ（ハイ）の転送信号TRVSがｎ型トランジスタ３２８Ｌのゲートに供給される。
【０１３８】
全体としては、ｐ型トランジスタ３２８Ｈとｎ型トランジスタ３２８Ｌとは、垂直アドレス設定部１４ａから供給される２値の転送信号φTRに基づき、電圧Ｖcc_Hと電圧Ｖcc_Lとの間で２値駆動用の転送パルスTRを出力するＣＭＯＳインバータバッファとして構成され、それに対して、ある条件の元でｎ型トランジスタ３２８BMがＢＭ制御電圧Ｖbmを転送パルスTRに設定可能になっている。論理回路３１０の動作は、図１５（Ｄ）に示す真理値表の通りである。
【０１３９】
ここで示した転送駆動バッファＢＦ１の３値駆動に対応する構成例は一例に過ぎず、様々な変形例を採ることができる。例えば、原理的には、図１５（Ｄ）に示した真理値表を忠実に反映して構成すればよいのであるが、実際には、ゲート遅延の関係からｐ型トランジスタ３２８Ｈとｎ型トランジスタ３２８BMとｎ型トランジスタ３２８Ｌの何れか２つもしくは３つともが同時にオンすることによる貫通電流の発生を防止するべく、論理回路３１０は、各トランジスタがともにオンする期間が生じないように遷移タイミングを少しずらす手法を講じるとよい。
【０１４０】
［変形例１］
第１例では、ＢＭ制御電圧Ｖbmを１つとした３値駆動の場合で示したが、ＢＭ制御電圧Ｖbmの数を増やす場合には、各ＢＭ制御電圧Ｖbmのそれぞれにｎ型トランジスタ３２８BMの系統を設ければよい。
【０１４１】
［変形例２］
第１例では、ＢＭ制御電圧Ｖbmを１つとした３値駆動の場合で示したが、ＢＭ制御電圧Ｖbmを明確に与えるのではなく転送ゲートをフローティング状態にしてもブルーミング抑制効果は得られる。この場合に対応した転送駆動バッファＢＦ１の構成としては、例えば、ＢＭ制御電圧Ｖbmを設定するためのｎ型トランジスタ３２８BMを取り外し、出力バッファ３２８の後段にインヒビット端子が付いたバッファを設ければよい。インヒビット端子にはｎ型トランジスタ３２８BMのゲートに入力していた転送信号TRBMを供給する。バッファは、インヒビット端子（転送信号TRBM）が、Ｌレベルのときには入力端の状態（つまり出力バッファの出力論理）を出力端から出力し、Ｈレベルのときには出力端をオープン状態にする。これにより、ＢＭシャッタを掛けるとき転送ゲートをフローティング状態にできる。
【０１４２】
＜具体的な適用例＞
次に、具体的な適用例について説明する。
【実施例１】
【０１４３】
図１６は、実施例１の画素駆動方式を説明する図である。実施例１は、ブルーミング抑制用に転送ゲート電圧をＢＭ制御電圧Ｖbmに設定する場合の最も基本的な方式であり、ＢＭ制御電圧Ｖbmの印加を１回のみ行なう形態である。電子シャッタは、転送ゲート（読出選択用トランジスタ３４）のオンの後にオフしてからリセットゲート（リセットトランジスタ３６）のオンを行なってもよいし、転送ゲート（読出選択用トランジスタ３４）のオンとリセットゲート（リセットトランジスタ３６）のオンを同時に行なってもよい。図は、後者で示す。
【０１４４】
図１６（Ａ）に示すように、飽和電荷量Ｈｓの半分に対応する電荷量（Ｈｓ／２）を電荷生成部３２に保持可能な電圧をＢＭ制御電圧Ｖbmとする。入射光が弱く蓄積時間Ｔｓでは飽和電荷量Ｈｓに達しない非飽和画素では、ＢＭシャッタの影響を受けることなく、完全転送時に当該非飽和画素の蓄積電荷量Ｑｓに対応する信号を適正に読み出すことができる。一方、入射光が強く蓄積時間Ｔｓ／２で飽和電荷量Ｈｓに達してしまう飽和画素では、ＢＭシャッタによりブルーミング量が低減され、又、完全転送時には飽和電荷量Ｈｓに対応する信号を読み出すことができる。尚、完全転送時には、その直前にフローティングディフュージョン３８をリセットして読み出したリセットレベルとの間でＣＤＳ処理を行なう。
【０１４５】
ここで、図１６（Ｂ）に示すタイミング例は、ＢＭシャッタ時にフローティングディフュージョン３８に吐き出された電荷量に対応する信号を読み出さない形態である。図に実線で示す例では、ＢＭシャッタ時にリセットを掛けていないが、鎖線で示すように、リセット信号RSをアクティブＨにしてリセットトランジスタ３６でフローティングディフュージョン３８をリセットしてもよい。このリセット動作は、信号を読み出さないので、ＢＭシャッタと同時でもよい（図はその状態を示している）。一方、図１６（Ｃ）に示すタイミング例は、ＢＭシャッタ時にフローティングディフュージョン３８に吐き出された電荷量に対応する信号を読み出す形態である。この際には、その直前にフローティングディフュージョン３８をリセットして読み出したリセットレベルとの間でＣＤＳ処理を行なう。ＢＭシャッタ時の信号を読み出すことで、信号合成によりダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【実施例２】
【０１４６】
図１７は、実施例２の画素駆動方式を説明する図である。実施例２は、ＢＭシャッタを複数回掛けるとともに、各回のＢＭシャッタ時のＢＭ制御電圧Ｖbmを同じにする形態である。図は、飽和電荷量Ｈｓの半分に対応する電荷量（Ｈｓ／２）を電荷生成部３２に保持可能な電圧をＢＭ制御電圧Ｖbmとし、ＢＭシャッタを３回掛ける場合である。
【０１４７】
図１７（Ａ）に示すように、入射光が弱く蓄積時間Ｔｓでは飽和電荷量Ｈｓに達しない非飽和画素では、ＢＭシャッタの影響を受けることなく、完全転送時に当該非飽和画素の蓄積電荷量Ｑｓに対応する信号を適正に読み出すことができる。一方、入射光が強く蓄積時間Ｔｓ／４で飽和電荷量Ｈｓに達してしまう飽和画素では、ＢＭシャッタによりブルーミング量が低減され、又、完全転送時には飽和電荷量Ｈｓに対応する信号を読み出すことができる。因みに、電子シャッタ後から１回目のＢＭシャッタまでの時間間隔はＴｓ／４であり、１回目と２回目のＢＭシャッタの時間間隔並びに２回目と３回目のＢＭシャッタの時間間隔はＴｓ／８であり、２：１の関係がある。即ち、１回目のＢＭシャッタまでの期間の半分のシャッタ期間を確保するようなＢＭシャッタを２回追加している。
【０１４８】
ここで、図１７（Ｂ）に示すタイミング例は、ＢＭシャッタ時にフローティングディフュージョン３８に吐き出された電荷量に対応する信号を読み出さない形態である。図に実線で示す例では、ＢＭシャッタ時にリセットを掛けていないが、鎖線で示すように、リセット信号RSをアクティブＨにしてリセットトランジスタ３６でフローティングディフュージョン３８をリセットしてもよい。フローティングディフュージョン３８への吐き出し回数が多く、入射光が強いときフローティングディフュージョン３８がオーバーフローする懸念があるので、リセットを掛けた方が好ましい。一方、図１６（Ｃ）に示すタイミング例は、ＢＭシャッタ時にフローティングディフュージョン３８に吐き出された電荷量に対応する信号を読み出す形態である。ＢＭシャッタ時の信号を読み出すことで、信号合成によりダイナミックレンジの拡大を図ることができる。又、この際の信号読出し時にリセット動作を伴うので、フローティングディフュージョン３８がオーバーフローする懸念もない。
【実施例３】
【０１４９】
図１８は、実施例３の画素駆動方式を説明する図である。実施例３は、中間電圧読出しを使ってダイナミックレンジ拡大を図る方式において、ＢＭシャッタを適用してブルーミング低減を図る点に特徴がある。
【０１５０】
中間電圧読出しを使ってダイナミックレンジ拡大を図る方式としては、特開２００８−９９１５８号公報に記載の技術を使用する。同公報に記載の技術では、ダイナミックレンジ拡大を図るべく、中間電圧シャッタ（第２制御電圧による中間シャッタ）及びそのときの信号を読み出す中間電圧読出しにより、短時間蓄積（蓄積時間Ｔ）のデータを取得することができ、長時間蓄積データと合成することによってダイナミックレンジの広い画像を得ることができる。又、中間電圧シャッタのバラつき回避のため、蓄積時間と等しい時間を確保した中間シャッタ（第３制御電圧による中間シャッタ、第２制御電圧による中間シャッタとの併用によるダブルシャッタ）を追加している。中間読出し動作時に印加される中間電圧（第２制御電圧）と、読出選択用トランジスタ３４（転送ゲート）の閾値ばらつきの抑圧のために先行して印加される中間電圧（第３制御電圧）は好ましくは同じにする。更には、第２制御電圧の印加のそれぞれについて（「それぞれについて」は複数回の場合も考慮したもの）、第３制御電圧の印加を複数回行なうのが好ましい。同じ電圧値の中間電圧を複数回供給する時間間隔は好ましくは等しくする。
【０１５１】
このような技術において、ＢＭシャッタを追加する際には、第３制御電圧による中間シャッタの前にＢＭシャッタを追加する。更には、この際の条件として、ＢＭシャッタシャッタを追加しても、完全シャッタ（第１制御電圧による完全転送）と中間シャッタ（第２制御電圧或いは第３制御電圧による中間シャッタ）の間に、短時間蓄積時間以上の間隔が確保できるときのみに、ＢＭシャッタを追加する。ＢＭシャッタが、ダイナミックレンジ拡大用の中間電圧シャッタの効果に影響を与えるのを回避するためである。
【０１５２】
ＢＭシャッタを追加した例を図１８に示す。因みに図は、ＢＭシャッタを２回掛ける（つまりＮ＝３）場合である。ＢＭシャッタの最初のシャッタまでの期間の半分のシャッタ期間を確保するような２回目のＢＭシャッタを追加することで、ブルーミング量を低減させている。ＢＭシャッタの間隔αと、短時間蓄積の蓄積時間Ｔの関係が、α≧ＴのときのみＢＭシャッタを追加することにより、ダイナミックレンジ拡大用の中間電圧シャッタの効果に影響を与えずにブルーミングを回避できる。中間電圧シャッタと中間読出しによるダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えず、ブルーミングの少ない高画質な画像取得が実現できる。
【０１５３】
［実施例３の変形例］
実施例３では、第２制御電圧と第３制御電圧を同じにしているが、このことは必須ではない。第２制御電圧の印加及び中間読出しを複数回行なってもよい。第２制御電圧の印加のそれぞれについて第３制御電圧の印加を１回だけ行なってもよい。同じ電圧値の中間電圧を複数回供給する時間間隔は等しくなくても、それ相応の閾値ばらつきの抑圧効果を得ることができる。第２制御電圧の印加に先立つ第３制御電圧の印加を行わなくてもよい。但しその場合は第３制御電圧を印加することによる効果が得られなくなる。
【実施例４】
【０１５４】
図１９は、実施例４を説明する図である。実施例４は、物理情報取得装置の一例である撮像装置への適用事例である。撮像装置は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等に適用され、その撮像デバイス（画像入力デバイス）として用いて好適なものである。ここに、撮像装置とは、撮像デバイスとしての固体撮像装置、当該固体撮像装置の撮像面（受光面）上に被写体の像光を結像させる光学系及び当該固体撮像装置の信号処理回路を含むカメラモジュール（例えば、携帯電話等の電子機器に搭載されて用いられる）、当該カメラモジュールを搭載したデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムを言うが、これらは一例であり、これらの形態に限定されない。
【０１５５】
撮像装置６００は、撮影光学系６０２と、光学ローパスフィルタ６０４と、撮像部６１０と、駆動制御部６２０と、撮像信号処理部６３０と、表示部６６０と、データ記録部６７０とを備えている。撮影光学系６０２は、撮像レンズを主要素とし、被写体Ｚの像を担持する光Ｌを撮像部側に導光して結像させる。撮像部６１０は、色フィルタ群６１２及び固体撮像装置６１４（イメージセンサ）を有する。駆動制御部６２０は固体撮像装置６１４を駆動する。
【０１５６】
被写体Ｚは、撮影光学系６０２によって固体撮像装置６１４上に結像する。固体撮像装置６１４には、撮像した電荷を蓄積する第１の電荷蓄積部（Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４に対応する可視光帯の検知部）及び第２の電荷蓄積部（Ｃ１に対応する赤外光帯の検知部）が存在している。したがって、固体撮像装置６１４は、被写体Ｚの像を担持する赤外光に応じた信号も取得可能である。
【０１５７】
撮像部６１０の固体撮像装置６１４は、２次元マトリックス状に形成された光電変換画素群からなる撮像素子である。固体撮像装置６１４としては、ＣＭＯＳ型に代えてＣＣＤ型（ＣＣＤイメージセンサ）を使用する。前述までの説明では、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置１（ＣＭＯＳイメージセンサ）について説明したが、前述のＢＭシャッタに関する技術は、ＣＭＯＳイメージセンサに限らず、増幅型の固体撮像装置全般に、更には光電変換素子からの信号電荷の読出し部分に関する技術であることから、ＣＣＤイメージセンサに代表される電荷転送型の固体撮像装置にも同様に適用可能である。
【０１５８】
図中に、ＣＣＤ型の固体撮像装置６１４に適用した場合の例を示す。ＣＣＤイメージセンサでは、光電変換素子であるフォトダイオード６８２（受光部）で光電変換され、ここに蓄積された信号電荷は、転送ゲート６８４（読出しゲート）によって垂直ＣＣＤ６８８（垂直転送部）に転送され、垂直ＣＣＤ６８８による垂直転送によって読み出される。このＣＣＤイメージセンサにおいて、転送ゲート６８４に前述のＢＭ制御電圧Ｖbmを制御電圧として印加することで、垂直ＣＣＤ６８８へ転送する電子量を制御することができる。
【０１５９】
例えば、入射光が弱いときは、光電変換された電子量が少ないために、転送ゲート６８４にＢＭ制御電圧Ｖbmを印加しても、フォトダイオード６８２の蓄積電子は、転送ゲート６８４の下のポテンシャルを超えられずフォトダイオード６８２内に保持される。一方、入射光が強いときは、光電変換された電子量が多いために、転送ゲート６８４にＢＭ制御電圧Ｖbmを印加することで、フォトダイオード６８２の蓄積電子は、転送ゲート６８４の下のポテンシャルを超えて垂直ＣＣＤ６８８へ部分的に転送可能である。更には、中間電圧シャッタ（第２制御電圧による中間シャッタ）及びそのときの信号を読み出す中間電圧読出しを適用することもできる。入射光が強いときは、光電変換された電子量が多いために、転送ゲート６８４に中間電圧（第２の制御電圧）の印加により、フォトダイオード６８２の蓄積電子は、転送ゲート６８４の下のポテンシャルを超えて垂直ＣＣＤ６８８へ部分的に転送可能である。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサの場合の実施例３と同様の制御タイミングで中間電圧（第３の制御電圧や第２の制御電圧）を印加することで、ＣＭＯＳイメージセンサの場合と同様に、低照度での信号電荷を保持したまま、高照度において転送ゲート６８４への中間電圧の印加による中間転送によって信号取得が実行できる。
【０１６０】
撮像信号処理部６３０は、固体撮像装置６１４から出力された撮像信号ＳＶ（可視光成分）を処理する。光学ローパスフィルタ６０４は、折返し歪みを防ぐために、ナイキスト周波数以上の高周波成分を遮断するためのものである。図中に点線で示しように、光学ローパスフィルタ６０４と合わせて、可視光成分以外の不要な成分（例えば長波長側の赤外光成分や短波長側の紫外光成分等）を抑制する光学フィルタ部６０５を設けてもよい。例えば、光学フィルタ部６０５としては典型的には赤外光カットフィルタが設けられることがあるが、この点は一般的な撮像装置と同様である。光学フィルタ部６０５と色フィルタ群６１２は、撮像光学系において光に対してフィルタ特性を持つ光学部材の一例である。
【０１６１】
固体撮像装置６１４の撮像面では、被写体Ｚの像を担持する赤外光IRに応じた電荷や可視光VLに応じた電荷が発生する。電荷の蓄積動作や電荷の読出動作等の動作は、図示しないシステムコントロール回路から駆動制御部６２０へ出力されるセンサ駆動用のパルス信号によって制御される。固体撮像素子６１４から読み出された電荷信号、即ち赤外光画像を担持する赤外光撮像信号ＳIRと可視光像を担持する可視光撮像信号ＳVLは撮像信号処理部６３０に送られ、所定の信号処理が加えられる。撮像信号処理部６３０は、固体撮像素子６１４から出力された撮像信号ＳIR（赤外光成分）と撮像信号ＳＶ（可視光成分）を処理する。
【０１６２】
電荷の蓄積動作や電荷の読出動作等の動作は、図示しないシステムコントロール回路から駆動制御部６２０へ出力されるセンサ駆動用のパルス信号によって制御される。固体撮像装置６１４から読み出された電荷信号、即ち可視光像を担持する可視光撮像信号ＳVLは撮像信号処理部６３０に送られ、所定の信号処理が加えられる。例えば、撮像信号処理部６３０は、前処理部６３２、ＡＤ変換部６３４、画素信号補正処理部６３６、フレームメモリ６３８、インタフェース部６３９、画像信号処理部６４０を有する。
【０１６３】
前処理部６３２は、固体撮像装置６１４から出力されたセンサ出力信号（可視光撮像信号ＳVL及び赤外光撮像信号ＳIR）に対して黒レベル調整やゲイン調整やガンマ補正等の前処理を行なう。ＡＤ変換部６３４は、前処理部６３２から出力されたアナログ信号をデジタイル信号に変換する。画素信号補正処理部６３６は、撮影光学系６０２で生じるシェーディングや固体撮像装置６１４の画素欠陥等を補正する。
【０１６４】
固体撮像装置６１４の出力する映像信号は前処理部６３２で増幅された後、ＡＤ変換部６３４でデジタルデータに変換され、画素信号補正処理部６３６でシェーディング等の補正がされた後にフレームメモリ６３８に蓄積される。フレームメモリ６３８内のデジタル画像データは、画像信号処理部６４０からの要求に応じて、インタフェース部６３９を経由して出力される。
【０１６５】
画像信号処理部６４０は、被写体Ｚを色フィルタＣ１〜Ｃ４の配列パターン（モザイクパターン）に従って画素ごとに異なる色と感度で撮像した情報に基づいて、予め定められた信号処理を行なう。一例としては、通常画像や赤外光画像に対しての高感度化処理を行なう、或いは、特定波長成分の光に由来する画像情報に基づいて被写体距離の計測や物体検出を行なう。例えば、被写体Ｚへ照射した光の反射光を受光することにより光飛行時間計測法（ＴＯＦ：Time of flight）を用いて光飛行時間を測定し、光飛行時間に基づいて被写体Ｚまでの距離を測定したり、被写体Ｚの３次元画像を得る。
【０１６６】
表示部６６０は、例えば、液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ等の表示デバイスを有し、駆動制御部６２０から入力されるビデオ信号に対応する画像を表示する。データ記録部６７０は、ＣＯＤＥＣ（Code/Decode あるいはCompression/Decompression の略）を有し、画像信号を記憶するフラッシュメモリ等のメモリ（記録媒体）に、駆動制御部６２０や表示部６６０から供給される画像情報を記録し、又、読み出して復号し駆動制御部６２０や表示部６６０に供給する。
【０１６７】
このような撮像装置６００は、「撮像」を行なうための、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器等の電子機器として提供される。「撮像」は、通常のカメラ撮影時の像の撮り込みだけではなく、広義の意味として、指紋検出や、タッチパネル等の物理量分布検知半導体装置或いは物理情報取得装置（物理量分布検知装置）において物理量分布として圧力を利用して像情報を取得すること等も含む。このような構成の撮像装置６００も、前述のＢＭシャッタ機能を適用することで、ブルーミング量を減らした高画質センサが実現できる。実施例３を適用することで、中間シャッタ及び中間読み出しを利用したダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えず、ブルーミングの少ない高画質な信号を取得できる。
【実施例５】
【０１６８】
図２０は、実施例５を説明する図である。実施例５は、リニアセンサへの適用事例である。前記実施形態（或いは実施例）では、いわゆるエリアセンサの一例としてＣＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体撮像装置における転送ゲートに着目して説明したが、本開示で提案するＢＭシャッタ技術の適用範囲はこれに限定されない。
【０１６９】
例えば、図２０に示すように、ＣＣＤ型の固体撮像装置はリニアセンサであってもよい。図２０（Ａ）に示す第１例では、電荷検出部が直線状に２列配置されている、換言すると素子部が２列設けられている。列ごとに電荷転送部が設けられ、各列の電荷転送部の各電荷検出部に対応して転送レジスタＲｅｇが設けられている。電荷検出部と転送レジスタＲｅｇとの間に転送ゲートが介在している。最終段の転送レジスタＲｅｇを最終段レジスタＬＲｅｇと称する。最終段レジスタＬＲｅｇは、読出しゲートＲＯＧを介して電荷・電気信号変換部のフローティングディフージョン部ＦＤと接続される。又、電荷転送部と並設して１列の余剰電荷掃捨部が設けられ、この１列の余剰電荷掃捨部が２列の電荷転送部に共用される構成となっている。詳しくは、オーバーフローバリアが素子部ごとに設けられ、２列分のオーバーフローバリアがオーバーフロードレインを挟む状態になっている。
【０１７０】
図２０（Ｂ）に示す第２例では、電荷検出部が直線状に１列配置されている、換言すると素子部が１列設けられている。電荷転送部の各電荷検出部に対応して転送レジスタＲｅｇが設けられている。最終段の転送レジスタＲｅｇを最終段レジスタＬＲｅｇと称する。最終段レジスタＬＲｅｇは、読出しゲートＲＯＧを介して電荷・電気信号変換部のフローティングディフージョン部ＦＤと接続される。電荷転送部と並設して余剰電荷掃捨部が設けられている。
【０１７１】
第１例及び第２例の何れにおいても、電荷検出部と転送レジスタＲｅｇとの間の転送ゲートに関して、前述したＢＭシャッタ機能を適用することでブルーミング量を減らした高画質な画像を撮像できるし、中間シャッタ及び中間読み出しを利用したダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えずブルーミングの少ない高画質な画像を取得できる。
【実施例６】
【０１７２】
図２１は実施例５を説明する図である。実施例５は、前述のＢＭシャッタ機能を持つ撮像装置を搭載したその他の電子機器についての事例である。
【０１７３】
例えば、図２１（Ａ）は、電子機器７００がデジタルカメラ７１２の場合の外観例を示す図である。デジタルカメラ７１２は、表示モジュール７１４、コントロールスイッチ７１６、シャッターボタン７１７、その他を含んでいる。デジタルカメラ７１２には図示しない固体撮像装置が搭載されており、前述した固体撮像装置１や撮像装置６００のＢＭシャッタ機能を適用することでブルーミング量を減らした高画質な画像を撮像できる。更には、中間シャッタ及び中間読み出しを利用したダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えずブルーミングの少ない高画質な画像を取得できる。
【０１７４】
図２１（Ｂ）は、電子機器７００がビデオカメラ７２２の場合の外観例を示す図である。ビデオカメラ７２２は、本体７２３の前方に被写体を撮像する撮像レンズ７２５が設けられ、更に、表示モジュール７２４や撮影のスタート／ストップスイッチ７２６等等が配置されている。ビデオカメラ７２２には図示しない固体撮像装置が搭載されており、前述したＢＭシャッタ機能を適用することでブルーミング量を減らした高画質な画像を撮像できるし、中間シャッタ及び中間読み出しを利用したダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えずブルーミングの少ない高画質な画像を取得できる。
【０１７５】
図２１（Ｃ）は、電子機器７００が携帯電話機７３２の場合の外観例を示す図である。携帯電話機６３２は、折り畳み式であり、上側筐体６３３ａ、下側筐体６３３ｂ、表示モジュール６３４ａ、サブディスプレイ６３４ｂ、カメラ６３５、連結部６３６（この例ではヒンジ部）、ピクチャーライト６３７等を含んでいる。そして、携帯電話機６３２のカメラ６３５に関して、前述した固体撮像装置１や撮像装置８のＲＴＳノイズ抑制処理や多重加算ＡＤ変換処理の仕組みをそのまま適用される。加えて、携帯電話機６３２にはメモリカード６３８を着脱可能に構成されており、メモリカード６３８からのデータの読出しに前述した実施形態のＲＴＳノイズ抑制処理の仕組みが適用される。
【０１７６】
図２１（Ｄ）は、電子機器７００がコンピュータ７４２の場合の外観例を示す図である。コンピュータ７４２は、下型筐体７４３ａ、上側筐体７４３ｂ、表示モジュール７４４、Ｗｅｂカメラ７４５、キーボード７４６等を含んでいる。そして、コンピュータ７４２のＷｅｂカメラ７４５に関して、前述したＢＭシャッタ機能を適用することでブルーミング量を減らした高画質な画像を撮像できるし、中間シャッタ及び中間読み出しを利用したダイナミックレンジ拡大用の信号出力に影響を与えずブルーミングの少ない高画質な画像を取得できる。
【０１７７】
以上、本明細書で開示する技術について実施形態を用いて説明したが、請求項の記載内容の技術的範囲は前記実施形態に記載の範囲には限定されない。本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本明細書で開示する技術の技術的範囲に含まれる。前記の実施形態は、請求項に係る技術を限定するものではなく、実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが、本明細書で開示する技術が対象とする課題の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の技術が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の技術を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、本明細書で開示する技術が対象とする課題と対応した効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成も、本明細書で開示する技術として抽出され得る。
【０１７８】
例えば、単位構成要素が配された素子部（好ましくは行列状に単位構成要素が配された素子アレイ部）の全ての単位構成要素の情報を必要とする全素子モード（通常モードとも称する）以外に、所定の間隔ごとの単位構成要素の情報を必要とする間引きモードや、特定領域の単位構成要素の情報を必要とする切出しモード等、一部の単位構成要素の情報のみを必要とするモード（素子選択モードと称する）が知られている。又、行列状に単位構成要素が配された素子アレイ部の各単位構成要素から信号を読み出す際に、１行分を同時にアクセスして行単位で信号を読み出す方式（いわゆるカラム読出し方式）が用いられることもある。素子選択モードとカラム読出し方式とを併用する場合は列選択モードと称する。例えば、特開２００１−２９８７４８号公報や特開２００７−１４２７３８号公報に、カラム読出し方式や列選択モードの技術が記載されている。
【０１７９】
このような「素子選択モード」を実行する場合、読出し対象とならない単位構成要素についての駆動を行なわない場合、電荷が過剰に蓄積され、読出し対象とならない単位構成要素の周りにすブルーミング現象が発生することが懸念される。このような場合の対策として、前述したブルーミング防止シャッタの技術を適用することができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１…固体撮像装置、２…単位画素群、３…単位画素、５…画素信号生成部、１０…画素アレイ部、１２…水平走査部、１４…垂直走査部、１８…水平信号線、１９…垂直信号線、２０…通信・タイミング制御部、２４…読出電流制御部、２５０…ＡＤ変換部、２６…カラム部、２７…参照信号生成部、２７０…ＤＡ変換部、２８…出力部、３２…電荷生成部、３４…読出選択用トランジスタ、３６…リセットトランジスタ、３８…フローティングディフュージョン、４０…垂直選択用トランジスタ、４２…増幅用トランジスタ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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